结构化反应器催化裂解数值模拟.ppt

学 生：许敏 导 师：刘 辉 教授 专 业：化学工程与技术 2017.03.1 结构化反应器中催化裂解反应CFD数值模拟 2016北京化工大学硕士论文答辩 1. 物理模型和模型假设 模型假设： 反应器入口处流体的温度、速度和组成均一； 反应器出口处常压； 反应器孔道外围被设定为对称边界条件,在孔道内壁无滑移； 压降小，可以忽略； 物理模型： 平面图 （a）物理模型 (b)计算域 z 1.1催化剂的涂覆方式 （a）将催化剂薄层（小于0.1mm）直接涂覆在孔道表面,在反应的时 候直接认为是表面反应。 (b)将具有一定厚度(大于0.1mm)的多孔催化剂层涂敷于堇青石载体上,形成多孔催化剂层。 (c)将催化剂与孔道支持物茧青石直接混合,形成细小催化剂孔道,反应的时候存在内扩散,此时将反应看作是体积反应。 （a） (b) (c) 2. 数学模型-主控方程 1.连续性方程 2.动量方程 3.能量方程 4.组分质量平衡方程 Gas phase： Solid phase： 1.能量平衡方程： 2.理想气体状态方程： 2. 数学模型-主控方程 壁面认定为表面反应： 3. 数学模型-化学反应 1.C4混合经催化裂解制低碳稀烃反应 根据C4混合烃催化裂解制低碳稀经的反应机理,将反应物和产物划分为六个集总。 图一C4混合经催化裂解六集总动力学模型反应网络 数学模型-化学反应 表1-1 C4混合经原料性质 数学模型-化学反应 表2 C4径六集总反应动力学参数 表3 混合气物性计算式 数学模型-化学反应 1.组分输运方程： 2.气固间能量传递方程 4.化学反应热焓： 3.化学反应速率： 催化裂解过程： 4. 入口 速度入口（4.384m/s） 水力直径 （0.006m） 温度（673.15K） 出口 压力出流（常压） 壁面 绝热 无滑移 边界条件 模型的设置和参数的选择 孔道长300mm,横截面边长6.8mm,壁厚0.8mm,涂层厚度0.08mm,内孔道边长6mm. 利用Gambit软件(version2.3.16)对堇青石结构进行六面体网格划分。然后网格文 件被输送到FLUENT软件(versinn6.3.21),选择层流模型、SIMPLE算法进行计算。 5. 数值求解 数值求解流程图 采用CFD软件FLUENT14.5进行3D稳态模拟计算。其中，压力-速度耦合方程采用SIMPLE算法，压力、动量以及各组分的计算采用二级迎风格式。能量方程与辐射方程（DO）的收敛残差设置为10-6，其它方程的收敛残差设置为10-3。 6.结果与分析 选择（a）作为反应模型 * 丁烯、丁烷作为反应物分别集总；丙烯、乙烯作为目的产物集总；氧+轻质烧经作为反应的副产品归为一个集总；C5代替焦炭+液体作为一个集总。 * * * 选择（a）作为反应模型 * 丁烯、丁烷作为反应物分别集总；丙烯、乙烯作为目的产物集总；氧+轻质烧经作为反应的副产品归为一个集总；C5代替焦炭+液体作为一个集总。 * * *