探析滴流床加氢裂化反应器的数值模拟

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1、中国石油大学（华东）硕士学位论文滴流床加氢裂化反应器的数值模拟姓名：喻芳申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：山红红20090501摘要滴流床反应器是应用广泛的固定床三相反应器之一，尤其在石油加工及化工等领域，例如石油馏分的加氢脱硫、加氢裂化、加氢处理、润滑油加氢和oc一苯乙烯加氢等。近年来，关于滴流床反应器的研究主要集中在反应器流体力学、催化剂的有效润湿、气液及液固传质和相互作用、反应器模型等方面。本文应用计算流体力学(CFD)方法，基于流体力学模拟软件FLUENT对小型实验室滴流床加氢裂化反应器进行数值模拟，依据文献报道结果及实验数据对模拟结果进行检验，建立起

2、合理的研究物料流动和反应结果考察的模拟计算模型。文中着重考察了催化剂床层区域气液固三相动量相互作用模型的选用，网格划分粗细的影响及床层催化剂空隙率对流场的影响，计算为三维模拟计算。确定了合适的三相动量相互作用模型——双流体界面力模型，因其考虑了高压操作条件下气液两相间的曳力作用，模拟结果更符合文献报道特征；既保证压降和持液量计算结果精确又保证计算效率的适宜的网格划分大小；由于反应器直径／催化剂颗粒直径(D／dP)大于18，因此设为常数的床层空隙率0．384能得到准确的流场计算结果，至此流体流动的模型得以建立。在流体流动模型的基础上，使用文献中的加氢裂化反应动力学模型及

3、实验数据，利用龙格．库塔法对反应动力学模型编写用户自定义函数(UDF)导入反应计算的组分守恒方程中进行反应结果的模拟计算，将计算结果与实验数据进行对比，结果表明，反应转化率及产品收率与实验相比均有不同程度的误差，这是由反应动力学模型本身造成的合理误差。综合分析可得本文采用的模拟方法及模型设置合理可行，可用于反应结果的模拟计算，从而为复杂反应体系的研究提供参考思路。综合流体流动和反应的模拟计算结果，认为本论文研究的滴流床反应器内流动及反应一整套的数值模拟框架己基本建立成功，可为今后利用非实验手段研究滴流床加氢裂化反应器的设计及反应结果的研究提供指导依据。关键词：计算流体

4、力学，滴流床，加氢裂化，模拟计算NumericalSimulationofHydrocrackingTrickle-bedReactorYUFang(ChemicalTechnology)DirectedbyProf．SHANHong—hongAbstractTrickle—bedreactorwasoneofthemostwidelyusedthree-phasefixed-bedreactor,especiallyintheareaofpetroleumrefineryandpetrochemicalengineering，suchasthehydro-desul

5、furization，hydrocrackingandhydrotreatingprocessofpetroleumfraction，lubeoilhydrotreatingprocess，a-styrenehydrogenization，etc．Mostoftherecentresearchabouttrickle—bedreactorfocusedonthehydrodynamicinsuchkindofreactors，includingtheflowandmixingofgas—liquidtwophaseflowincatalystbed，efficient

6、lywettingofcatalysts，themasstransferofgas—liquidandliquid—solid．Somemathematicalmodelswereproposedtodescribethebehaviorintricklebed．Inthispaper，themethodofcomputationalfluiddynamics(CFD)andthecomputationalsoftwareFLUENTWasusedtosimulatetheflowbehaviorinabenchscalehydrocrackingtrickle-be

7、dreactor．Thesimulatingresultswerevalidatedthroughcomparingwiththeresultsreportedoncorrelativeliteratureandexperimentdata．Goodagreementbetweennumericalsimulationresultsandpublishedworkilluminatedtheeffectivenessofthemodel．Theselectionofthegas-liquid-solidmomentuminteractionmodel