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流化催化裂化(Fluid Catalytic Cracking,FCC)是重要的石油二次加工方法之一。在FCC反应—再生系统中,沉降器是重要组成部分,它可实现反应油气和催化剂高效快速分离。“气固高效快速分离,分离后油气快速引出与催化剂的高效汽提”是对沉降器性能的要求,也是减少高温油气在沉降器内停留时间,防止反应油气过裂化进而抑制结焦的有效措施。实验观察方法的局限性使得对尺寸庞大且结构复杂的沉降器内部油气和催化剂的分布情况、油气停留时间等知之甚少。但通过数值模拟方法,可以获得沉降器内各种场量的细节情况,为优化沉降器局部结构设计以达到减少结焦提供帮助。本论文数值模拟的工业装置是上海高桥石化80万吨/年的FCC沉降器。采用不同的湍流模型对沉降器内的旋风分离器进行单相流数值模拟,结果表明RSM湍流模型能准确预报旋风分离器内的强旋流流场,验证了可采用RSM湍流模型来模拟FCC沉降器内的气相流场。采用RSM湍流模型对FCC沉降器进行单相流模拟,获得了其内部油气流动规律。模拟结果表明:粗旋料腿末端会排出10~15%的高温油气,且顶旋料腿状态会影响粗旋料腿的泄气率;粗旋—顶旋的开式直连结构会使得部分油气未能直接进入顶旋,故粗旋料腿的泄气以及粗旋—顶旋的开式直连结构是此沉降器稀相空间内油气的主要来源,更是造成沉降器内结焦的根源。采用双流体模型对FCC沉降器进行多相流模拟,并改进曳力模型来增加模拟的准确性,获得了FCC沉降器内催化剂的分布情况。模拟结果表明:粗旋是气固分离的主要场所。采用RSM湍流模型模拟顶旋升气管外壁结焦物掉落导致顶旋料腿堵塞,料位不断升高。模拟结果表明:顶旋内料位高于灰斗锥体段(h>6.73m)时会造成顶旋失效。在FCC沉降器原有结构上,将粗旋—顶旋改为闭式直连结构,并增设油气导出管,使沉降器稀相空间内油气快速到达粗旋升气管,缩短油气在沉降器内停留时间,可有效抑制结焦。单相流、多相流模拟结果均证明了油气导出管吸入油气的可行性,且油气导出管的加入并未造成过多额外能耗。该装置宜选用管径为250mm的油气导出管,且此管径下,油气在FCC沉降器内的平均停留时间从11.53s骤减至3.695s。