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第 30 卷第 1 期 化学反应工程与工艺 Vol 30, No 1 2014 年 2 月 Chemical Reaction Engineering and Technology Feb. 2014 文章编号：1001—7631 ( 2014 ) 01—0041—07 FCC 提升管内气体流经颗粒聚团流动特性的模拟研究 燕兰玲，蓝兴英，吴迎亚，高金森，吕林英 ( 中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室，北京 102249) 摘要：对催化裂化提升管反应器内气体流经颗粒聚团的流体力学特性进行了数值模拟研究。研究结果表明， 气体流经颗粒聚团时，由于聚团的阻力作用，进入聚团的气体流量较少，大部分气体从聚团两侧绕流过去， 聚团内部不同位置的颗粒所受到的力不同。颗粒聚团性质对气体流经时的流体力学特性影响很大，聚团空隙 率越大，穿过聚团的气体流量越大，聚团内颗粒所受到的力也越大；聚团尺寸越大，聚团内颗粒所受到的力 越小。气体速度对其流经颗粒聚团时的流体力学特性影响不大。 关键词：气固流动 提升管 颗粒聚团 流动特性 气固作用力 中图分类号：TE621 文献标识码：A 催化裂化是重质油轻质化的重要手段，而提升管反应器是催化裂化装置的核心部分。整个催化裂 化过程的产品分布和质量好坏与提升管内油气和催化剂颗粒的流动、混合、传递和反应状况密切相关。 近年来，随着计算机运算能力的提高和数值计算方法的进步，许多研究者采用数值模拟方法来预测提 升管反应器内的流动、传递和反应历程[1-7] [8] 。Kumar 等 对比分析了一些已有的模拟研究结果，发现在 大部分模拟结果中烃类的裂化反应速率都偏高。王维等[9]分析认为，这些模拟研究主要是基于传统的 平均化处理方式的双流体模型，未考虑到体系中的颗粒团聚及其影响，导致模拟结果和实际情况存在 偏差。可见，考虑颗粒团聚的影响是准确模拟提升管内反应历程的关键。对此，李静海科研组[10]率先 开展了有关颗粒团聚物影响的研究，通过对不同排列结构的颗粒流体的相互作用进行微观模拟分析后 发现，气固系统中的颗粒团聚物有可能导致几个数量级的曳力差异。尹丽洁[11]和王淑彦[12]等对比了孤 立单颗粒和颗粒聚团内各个颗粒的受力情况，发现颗粒团聚明显降低气体与颗粒之间的作用。Helland 等[13]认为颗粒团聚物在不同的颗粒浓度范围内会出现不同的运动特性，并采用组合曳力模型来描述颗 粒团聚物的影响。催化裂化提升管反应器内的气固两相流动属于 Geldart A 类颗粒的快速流态化，体 系内的颗粒团聚物在形状、尺寸、时间和空间分布上都处于动态变化之中，并且这种变化规律可能与 其它体系的团聚物不同。为此，本研究针对催化裂化提升管反应器内气固流动及其颗粒团聚物特征， 详细分析气体流经颗粒聚团时的流体力学特性演变过程，考察空隙率、滑移速度和聚团大小对颗粒聚 团内部及周边区域流体流动的影响，获得定量的认识，为提高催化裂化提升管反应器数值模拟的准确 性奠定基础。 1 数学模型 提升管中的颗粒团聚物无论是在形状、尺寸、运动状态，还是在时间、空间分布上，都处于动态 收稿日期: 2013-09-26; 修订日期: 2013-12-22 。 作者简介: 燕兰玲（1988—），女，硕士研究生；蓝兴英（1977—），女，副教授，通讯联系人。E-mail:lanxy@126.com 。 基金项目: 国家重点基础研究发展计划（973 计划）（2012CB215000 ）；国家自然科学基金）。 42 化学反反应工程与工艺艺 20014 年2 月 变化之中，但是团聚物物能够以一定定的形态稳定定存在在一段段时间，因此本本工作对颗粒粒聚团稳定存存在的状 态进行模拟拟分析。为了了便于研究，作了一些相相关假设：（1）在计算过程程中颗粒聚