催化裂化提升管反应器模型的建立.pdfVIP

第 12 卷第 3 期 　　　　　　　　　高 　校 　化 　学 　工 　程 　学 　报 　　　　　　　　　　No . 3 Vol . 12 1998 年 9 月 　　　　　Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities 　　　　　　 Sept . 　1998 催化裂化提升管反应器模型的建立 高金森 　　徐春明　　杨光华 (石油大学重质油加工国家重点实验室 ,北京 102200) 郭印诚 　　林文漪 (清华大学工程力学系 ,北京 100084) 摘 　要 　工业催化裂化提升管反应器内既存在着气固两相的湍流流动 ,又存在着传热和裂化反 应 ,而且这些过程是相互影响、高度耦合在一起的。本文全面系统地考虑湍流气固两相流动 、传 质 、传热及反应等复杂因素及其相互影响 ,建立了催化裂化提升管反应器三维气固两相流动反应 模型 ,形成了相应的数值解法 ,编制了大型的模拟计算程序 。由此可对工业催化裂化提升管反应 器内湍流气固两相流动进行系统的数值模拟研究 。 关键词 　提升管反应器 　湍流 　气固两相流动 　流动反应模型 　数值解法 1 　引　　言 在催化裂化提升管反应器内,原料由喷嘴射入提升管后 , 与高温再生催化剂接触 、气化并反应 ,生成的油气以极大的速 度和湍动性携带催化剂颗粒向上流动 , 同时又在不断地传热和 反应 ,到出口气固分离而反应终止 。因此 ,其内部进行的是湍 ( ) 流气固两相流动 、传热与裂化反应等复杂过程 见图 1 。目前 对此湍流两相流动行为的研究只是在冷态条件下进行 ,没有考 虑传热和反应的影响[ 1～3 ] 。实际上 ,这些过程是相互影响、高 度耦合在一起的 ,局部流动状况直接影响传热 、传质及裂化反 应速率 ,反之亦然 ,特别是气固两相的湍流输运与湍流传热又 强化了这些影响 。由于提升管反应器内流动不仅在轴 、径向分 布不均匀 ,在圆周方向也存在分布梯度 ,这一复杂的流动状况 必然对传热和裂化反应产生极大影响 。所以对此湍流气固两 相流动规律的研究 ,成为催化裂化反应工程研究的重要方面 。 本文以湍流气固两相流动理论为基础 ,把湍流流动 、传热 、传质 及裂化反应全部考虑在内,对催化裂化提升管反应器进行三维 微分模拟 ,建立湍流流动反应模型及数值模拟方法 ,从根本上 图 1 　提升管反应器示意图 考察提升管反应器内存在传热和反应时的气固两相湍流流动 Fig . 1 　The diagram of riser reactor 1997 - 09 - 29 收到初稿 ,1998 - 03 - 11 收到修改稿 。 联系人及第一作者 :高金森 ,男 ,34 岁 ,博士 ,讲师 。 260 　　　　　　　　　　高 　校 　化 　学 　工 　程 　学 　报 　　　　　　　　　　 行为 。 2 　数学模型 从有反应的湍流两相流体系的质量 、动量 、能量和组分守恒的原理出发 , 以欧拉方法的多 流体模型[4 、5 ] 为基础 ,假设原料液雾在进入提升管反应器时已瞬间气化 ,升温气化所需的热量 由再生催化剂提供 ,裂化反应遵循所选馏分油总反应动力学模型[6 ] ,可以得到提升管反应器 气固两相流动反应模型的瞬时方程组 : 气相连续性方程 ( ερ) ( ερν)