FCC颗粒湍动床气固流动混合特性模拟研究.pdf

中图分类号：TE624 单位代码：11414
学 号：2014213077








题目 FCC 颗粒湍动床气固流动混合特性
模拟研究
学科专业 化学工程与技术
研究方向 油气加工工艺与工程
硕士生 和宁宁
指导教师 蓝兴英教授



二○一七年五月
摘 要
摘 要
催化裂化再生器内烧焦再生反应决定着整个装置的生产能力与热平衡,因此
正确理解再生器内烧焦过程具有重要意义。而烧焦再生在很大程度上受床层内气
固流动状况的影响，所以对再生器内气固流动过程的准确描述至关重要。基于大
多数再生器内气固流动在湍动床操作范围内，本文以湍动床为研究对象，建立了
准确预测湍动床流动特性的曳力模型，并选择合适的几何模型，对床层内流动与
混合特性进行深入分析，进一步将建立的模型与分析方法应用到工业再生器中。
曳力模型是描述气固间相互作用的重要参数，采用之前文献提出的团聚物修
正分段曳力模型对不同工况进行了模拟研究，由于此模型对颗粒聚团当量直径取
为定值，因此不能较好地应用于不同模拟工况中。为此，考虑到颗粒聚团随着颗
粒物性与操作条件的变化而变化，本文重新对密相区颗粒聚团当量直径进行求解，
并结合分段曳力模型，提出了基于颗粒聚团修正的新曳力模型。将模型用于不同
工况的数值模拟，结果表明，本文建立的曳力模型能够更好地预测湍动床内的流
动特性；进一步将该模型推广应用到模拟含有 B 类颗粒的工况，同样得到了较好
的模拟结果，再次验证了模型的准确性与适用性。
然后，基于上述建立的曳力模型，对湍动床分别采用 2D、 和 3D 几何模
型进行模拟计算，结果表明，相比于 2D 几何模型， 模拟能够更好地预测床
层壁面区域的气固流动特性，而且在计算速度上相比于 3D 模拟得到了很大提高，
说明可采用 几何模型对湍动床装置进行模拟分析。
基于模拟计算结果，深入分析了湍动床气固流动与混合特性。模拟结果表明，
湍动床中存在稀密共存的两相流动特征；固含率呈现中心区域稀、边壁区域浓的
环核分布；在壁面处颗粒向下运动，而在中心区向上运动；床层顶部脉动程度高
于床层底部。气固混合特性表明，雷诺应力与扩散系数都具有轴向大于径向、气
相大于颗粒相的规律；床层内颗粒聚团和气泡脉动产生的颗粒温度远高于由单颗
粒脉动产生的颗粒温度，并且呈现中间温度高、边壁温度低的分布趋势。
最后，将所建立的气固湍动床流动的模拟方法，拓展运用到工业再生器的模
拟分析，进一步检验了本研究建立的 FCC 颗粒气固流动模型对于工业再生器的适
用性。
关键词：再生器；湍动床；曳力模型；气固流动、混合特性
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ABSTRACT
Simulation of Gas-Solids Flow and Mixing of the Turbulent
Fluidized Bed of FCC Particles
ABSTRACT
Regenerator is an important device of the Fluid Catalytic Cracking (FCC) unit.
Burning or regeneration reaction