固定床错流传热的研究及在拟等温径向反应器中的应用

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1、华东理工大学博士学位论文第1页固定床错流传热的研究及在拟等温径向反应器中的应用摘要本文是中国石油化工集团公司科学技术研究开发资助项目《大型乙苯脱氢拟等温轴径向反应器的研究和开发》为背景的子课题，系统研究了固定床内的错流传热，对错流过程中的流体流动行为进行了剖析，此外，还对乙苯脱氢拟等温反应器进行了模拟及优化设计。主要内容如下:1.分别对床层被加热和床层被冷却的固定床错流传热进行实验研究以及二维拟均相模型模拟，获得错流传热的热量传递特征:床层的等温曲线是以流动方向为长轴的椭圆形;错流传热过程与流体流动方向密切相关，热量传递是顺流体流动方向进行，逆流动方向几乎不发生热量传递。(2在气体雷诺数

2、为10-80范围内，以乙苯脱氢氧化铁系催化剂等高导热系数颗粒为填充物的固定床被加热的壁给热系数hw和床层有效导热系数A、为:hwDp/At=14.77+0.058Rep-Pr,x。/At=15.14+0.296Rep,Pr在气体雷诺数为10-200范围内，以合成氨铁系催化剂等高导热系数颗粒为填充物的固定床被冷却的壁给热系数h,v和床层有效导热系数h。为:hwDp/‘二‘4.56+0.038Rep'PT,‘“‘二，4.22+0.176Rep-吵一二夕访，研究了错流传热的床层对壁的给热系数，考察了不同导热性能和粒度大小的填充颗粒、床层尺度以及气体雷诺数等对传热的影响。(床层被力。热时，在Re

3、p10^-180,Db/Dp=28^116,Lb/Dt=1.8^7.4范围内:高导热系数颗粒床层Nuf一12.07X(Lb/D,)-0.1S(D,/Dp)02Repo.33Pr.62低导热系数颗粒床层Nuf=8.77X(Lb/Dt)-0.15(Db/Dp)0.2Rep0.33Pr.62床层被冷却时，在Rep10^-220,Db/Dp=28^116,Lb/Df=1.8^-7.4范围内:高导热系数颗粒床层Nuf一13.58X(Lb/Dt)-o.a(DOpf15Rep0.29Pr0.62低导热系数颗粒床层Nuf一10.09X(L,/D,)-0.15(Db/Dp)O.15Rep0.29Pr0.6

4、2在错流传热过程中，除R%之外，Nusselt准数与床层的结构参数Dt,Lb及颗粒的Do有关，高导热系数填充物比低导热系数填充物的床层对壁的给热系数ht提高了30%左右，被加热床层比被冷却床层对壁的给热系数增大约巧%。方少-一J对于流体在固定床中与内置换热管呈错流流动，实验分别测得固定床内置单管和双管的压力分布，采用多维的Ergu。方程和连续性方程来描述其速度场和流场。(1S数学模拟，获得床层中流体的压力分布、速度分布及流函数分布规律，并分析于管间第11页华东理工大学博士学位论文流体流动特性、管间的压力场和速度场的特征、换热管对速度的影响区域以及气体雷诺数的影响趋势等夕沐5在对固定床中内

5、置换热管的错流流动以及错流传热进行研究的基础上，进一步将流动模型和传热模型祸合，获得床层温度分布，并与单一传热模型进行比较。’结果表明:在加热管前贴壁处，裸合模型的最高温度大大高于单一模型，而在加热管后方，此差异的程度相对降低:藕合模型比单一模型更为可靠，计入了床层流动特性的藕合*m&t,'T)}真实地反ItqT错流传热特征夕少/-、闲提出了乙苯脱氢拟等温径向反应器的概念，并对10万吨/年规模的乙苯脱氢拟等温反F器进仃I数字模拟及1TLZtx计，乙苯转化率可达75%以上，选择性不低于95%,收率超过71%，达到目前国内外最先进白运遭些彭鲤强技术水平。关键词:固哪定床;错流恤趣一鲤呸一声雍

6、茎爹坛乙苯脱%j邃fPfmA﹄气华东理工大学博士学位论文第III页ResearchofCross-flowHeatTransferinFixedBedandApplicationinApproximatelyIsothermalRadialFlowReactorAbstractWorksinthisdissertation~carriedoutbasedonSINOPECsubsidizeproject,ResearchandDevelopmentofApproximatelyIsothermalReactorforEthylBenzeneDehydrogenation.Thedisse

7、rtationfocusedonresearchofheattransferandfluid-flowinfixedbedwithcross-flow,simulationandoptimizingdesignofreactorinvolvedinreactionengineeringfield.Themainworksinclude:1.Cross-flowheattransferinfixedbedbothheatedandco