加氢反应器喷射型分配器的数值模拟与实验研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:five126
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随着世界范围内对清洁燃油需求的日益增长和原油品质的逐年下降,加氢工艺近年来取得了迅速发展。作为加氢工艺的关键设备,加氢反应器及其内构件的发展却相对滞后。气液分配器作为固定床加氢反应器中一个重要的内构件,其性能的好坏直接影响到加氢反应器的运行效率。本文对一种喷射型分配器进行了数值模拟与优化研究,通过冷模实验考察了分配器的性能,基于冷模实验数据开发了分配盘设计软件。采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,对喷射型分配器进行了CFD模拟与优化研究。在对喷射型分配器的基本构型进行模拟分析的基础上,优化了分配器结构。改进的分配器不均匀度为0.1702,与基本构型分配器相比降低了3.59%,可达到良好的液相分布效果,压力降为3069 Pa,与基本构型分配器的压力降基本相同。操作弹性分析表明改进的分配器能够适应液相进料在正常工况的60%~110%范围内的波动。分别分析了液相密度、液相黏度和气相密度对分配器性能的影响,结果表明改进的分配器对气液相物性的适应性较好,能够适用于高黏度油品,当液相密度低于800 kg·m-3,气相密度低于30 kg·m-3时,能够实现良好的液相分布效果。通过直径400 mm分配器冷模实验装置对改进的分配器进行了性能测试,使用液体接收装置测量了分配盘下方不同径向位置的液相平均流速,采用U形管压差计测量了分配器的压力降。实验在不同的气液相流量条件下进行,结果表明,当气相流量大于15 m3·h-1时,液相的分散效果良好,在实验的液相流量范围内(0.5~1.5 m3·h-1)均能实现液相在直径150mm区域的均匀分布。压力降的测量结果表明,分配器的压力降与气液相流量呈正相关,且压力降与气相流量的关系曲线斜率稳定,说明在实验的气液相流量范围内分配器的阻力系数稳定,运行状态平稳。基于不同气液相流量下的冷模实验数据,使用MATLAB开发了具有图形用户界面的分配盘设计软件。输入工艺参数和分配盘结构参数,软件可计算出分配盘液相分布效果和压力降,并输出分配器和分配盘的液相分布效果图,同时生成计算结果Excel文件。可根据输出的分配盘性能计算结果对分配盘结构参数进行调整,从而确定出能够满足一定工艺条件的最优分配盘结构参数。
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