操作条件对乙烯裂解炉内过程影响的数值模拟研究

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1、北京化工大学硕士学位论文操作条件对乙烯裂解炉内过程影响的数值模拟研究姓名：张照申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：贾志刚20090603摘要操作条件对乙烯裂解炉内过程影响的数值模拟研究摘要乙烯裂解炉是热裂解制乙烯的核心装置，炉内的主要现象包括燃烧反应、裂解反应、辐射传热、对流传热和流动。以求解流动方程为基础的计算流体力学方法，可以准确模拟出裂解炉内各个现象间的相互影响。本文以燕山石化公司的E．BA．107号裂解炉为研究对象，利用Fluent商用软件对其进行了模拟，研究工作主要包括以下几个方面：1．模拟了单根炉管内的流动、传热和化学反应以及热通量条件对裂解反应的影响。研究发现

2、，在沿管长的轴向方向上，可以将炉管分为3段：传热段、一次反应段和二次反应段：乙烯产率随热通量增加而升高，而丙烯产率随热通量增加而降低。2．建立了包含8根炉管的1／4炉膛的三维计算模型，并对其进行耦合模拟研究。研究表明，底部燃烧器用来加热炉膛内的流体，为炉管提供的辐射热较少，而侧壁燃烧器用来加热炉墙，为炉管提供辐射热较多；不同炉管内的流体温度和裂解产物收率存在差异。3．在上述耦合计算的基础上，利用均匀试验设计的方法，考察了操作条件对裂解反应的影响。研究表明，炉管内乙烯产率随着进料量的增加而减小，随着燃料量的增加而增加；丙烯产率与操作条件的线性规律不明显，有待进一步研究。关键词：乙烯

3、，裂解炉，计算流体力学，数值模拟摘要NUMERICALSIMULATIoNoNINFLUENCEoFoPERATIoNCoNDITIoNSoNPRoCESSINCRACKINGFURNACEABSTRACTThecrackingfurnaceisthekeydeviceintheethyleneplant．Themainphenomenainpyrolyzerincludeflow，combustion，pyrolysisreaction，radiationheattransfer，convectiveheattransfer．Computationalfluiddynamics

4、isanapproachbasedonsolvingfluidmechanicsequations．ItiSusedtosimulatetheinfluenceofphenomenainpyrolyzer．TheE．BA．107crackingfurnaceofYanshanPetrochemicalCorporation，wasstudiedbyusingcommercialsoftwareFluent．Simulationresearchworkincludesthefollowing：1．Anumericalmodelofsinglecoilwasdevelopedbyta

5、kingaccountofintegratedphenomenathatinvolvesheattransfer,flowandpyrolysisreaction．Accordingtotheresult，thecoilwasdividedintothreesections，whichareheattransfer,alkanesreaction，alkenesreactionrespectively,alongwiththecoillength．Bychangingheatfluxthroughcoilwalls，theyieldofethyleneraisedwithrega

6、rdtoheatfluxincreasing，whiletheyieldofpropenedecreasing．2．Thecoupledsimulationwascarriedoutbyestablishingathree．dimensionalmodelofaquarterofthefumacewithasetofeightcoils．Itshowedthatthebottomburnersaffectedthegastemperatureinthefurnaceandhadlesscontributiontoheatfluxofcoils；thesideburnersaffe

7、ctedthecoilstemperaturebyradiationheattransferandhadmorecontributiontoheatfluxofcoils．Temperatureandtheyieldsofmainproductsineachtubearedifferent．3．Usinguniformexperimentaldesignmethod，theinfluenceofoperatingconditionsonpyrolysisreactionisstu