化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (4): 1450-1459.doi: 10.11949/0438-1157.20191525
Jun XU1(),Yiping FAN1(
),Xiaojie QIAN2,Zihan YAN1,Chunxi LU1
摘要:
针对催化裂化提升管反应器进料混合区域内的复杂流场,提出将连续喷嘴进料射流“分块”,利用动量守恒定律,从介观角度分析喷嘴射流与催化剂颗粒之间的混合接触机理;解释了“二次流”从射流主流分离出来的原因。利用空气动力学中的Kutta-Joukowski升力理论,阐明了在提升管内喷嘴射流二次流动后期的发展和扩大过程,实现了对进料射流二次流动全周期演变过程的理论描述。结合附壁射流理论与Kutta-Joukowski升力理论,建立了用于描述提升管内射流二次流动中心流线的模型方程。与实验结果对比,模型曲线与实验中二次流发展趋势有着较高的吻合度,表明该模型能够用于预测提升管内二次流的流动特性。
中图分类号:
1 | 卢春喜, 范怡平, 刘梦溪, 等. 催化裂化反应系统关键装备技术研究进展[J]. 石油学报(石油加工), 2018, 34(3): 441-454. |
Lu C X, Fan Y P, Liu M X, et al. Advances in key equipment technologies of reaction system in RFCC unit[J]. Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing), 2018, 34(3): 441-454. | |
2 | 王钊, 闫子涵, 范怡平, 等. 催化裂化提升管进料混合段研究进展[J]. 当代化工, 2015, 44(5): 997-1000. |
Wang Z, Yan Z H, Fan Y P, et al. Research progress of feed injection-mixing zone in FCC riser[J]. Contemporary Chemical Industry, 2015, 44(5): 997-1000. | |
3 | 邓任生, 魏飞, 胡永琪, 等. 流态化及流固接触技术[J]. 现代化工, 1999, 19(12): 11-14. |
Deng R S, Wei F, Hu Y Q, et al. Fluidization and fluid-solids contact technique[J]. Modern Chemical Industry, 1999, 19 (12): 11-14. | |
4 | Bai D R, Jin Y, Yu Z Q, et al. The axial distribution of the cross-sectionally averaged voidage in fast fluidized beds[J]. Powder Technology, 1992, 71(1): 51-58. |
5 | Zhang W N, Tang Y K, Johnsson F. Radial voidage profiles in fast fluidized beds of different diameters[J]. Chemical Engineering Science, 1991, 46(12): 3045-3052. |
6 | Schnitzlein M G, Weinstein H. Flow characterization in high-velocity fluidized beds using pressure fluctuations[J]. Chemical Engineering Science, 1988, 43(10): 2605-2614. |
7 | Gao J S, Xu C M, Lin S X, et al. Simulations of gas-liquid-solid 3-phase flow and reaction in FCC riser reactors[J]. AIChE Journal, 2001, 47(3): 677-692. |
8 | 鄂承林, 范怡平, 卢春喜, 等. 提升管喷嘴进料段内油、剂两相接触状况研究[J]. 高校化学工程学报, 2008, 22(3): 447-453. |
E C L, Fan Y P, Lu C X, et al. Matching of the catalysts with feed jet gas in the feed injection section of FCC riser[J]. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities, 2008, 22(3): 447-453. | |
9 | 鄂承林, 范怡平, 卢春喜, 等. 喷嘴进料对提升管进料段内颗粒浓度径向分布的影响[J]. 过程工程学报, 2008, 8(1): 18-22. |
E C L, Fan Y P, Lu C X, et al. Effect of jet gas on solid hold-up profile in the feed injection section of the riser[J]. The Chinese Journal of Process Engineering, 2008, 8(1): 18-22. | |
10 | 陈昇, 王维, 闫子涵, 等. 基于EMMS曳力模型的提升管进料混合段模拟[J]. 化学反应工程与工艺, 2014, 30(1): 71-78. |
Chen S, Wang W, Yan Z H, et al. Simulation of gas-solid mixing and flow in the feedstock zone of a riser by EMMS drag model[J]. Chemical Reaction Engineering and Technology, 2014, 30(1): 71-78. | |
11 | 党飞鹏, 张漪芳, 王小强, 等. 提升管反应器结焦问题及解决措施[J]. 石油化工设备, 2004, 33(1): 64-65. |
Dang F P, Zhang Y F, Wang X Q, et al. Coking problem and solution of riser reactor[J]. Petro-chemical Equipment, 2004, 33(1): 64-65. | |
12 | 范怡平, 叶盛, 卢春喜, 等. 提升管反应器进料混合段内气固两相流动特性(Ⅰ): 实验研究[J]. 化工学报, 2002, 53(10): 1003-1008. |
Fan Y P, Ye S, Lu C X, et al. Gas-solid two phase flow in feed injection zone of FCC riser reactors (Ⅰ): Experimental research[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2002, 53(10): 1003-1008. | |
13 | 范怡平, 叶盛, 卢春喜, 等. 提升管反应器进料混合段内气固两相流动特性(Ⅱ): 理论分析[J]. 化工学报, 2002, 53(10): 1009-1014. |
Fan Y P, Ye S, Lu C X, et al. Gas-solid two-phase flow in feed injection zone of FCC riser reactors (Ⅱ): Analytical research[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2002, 53(10): 1009-1014. | |
14 | Fan Y P, E C L, Shi M X, et al. Diffusion of feed spray in fluid catalytic cracker riser[J]. AIChE Journal, 2010, 56(4): 858-868. |
15 | Yan Z H, Fan Y P, Wang Z, et al. Dispersion of feed spray in a new type of FCC feed injection scheme[J]. AIChE Journal, 2016, 62(1): 46-61. |
16 | 黄卫星, 漆小波, 潘永亮, 等. 气固循环床提升管内的局部颗粒浓度及流动发展[J]. 高校化学工程学报, 2002, 16(6): 626-631. |
Huang W X, Qi X B, Pan Y L, et al. Local solid-particle concentration and flow development in a long CFB riser[J]. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities, 2002, 16(6): 626-631. | |
17 | 范怡平, 卢春喜. 催化裂化提升管进料段内多相流动及其结构优化[J]. 化工学报, 2018, 69(1): 249-258. |
Fan Y P, Lu C X. Multiphase flow characteristics and structural optimization in feed injection zone of FCC riser[J]. CIESC Journal, 2018, 69(1): 249-258. | |
18 | 高学平. 高等流体力学[M]. 天津: 天津大学出版社, 2005: 42-44. |
Gao X P. Advanced Fluid Mechanics [M]. Tianjin: Tianjin University Press, 2005: 42-44. | |
19 | 周云龙, 郭婷婷. 高等流体力学[M]. 北京: 中国电力出版社, 2008. |
Zhou Y L, Guo T T. Advanced Fluid Mechanics[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2008. | |
20 | 李晨, 范怡平, 贾海兵, 等. 提升管反应器中颗粒浓度径向分布的力学特性[J]. 过程工程学报, 2016, 16(4): 541-548. |
Li C, Fan Y P, Jia H B, et al. Mechanical radial distribution of particles concentration in a riser reactor[J]. The Chinese Journal of Process Engineering, 2016, 16(4): 541-548. | |
21 | 李晨. 催化裂化提升管颗粒浓度径向分布特性的研究[D]. 北京: 中国石油大学(北京), 2016. |
Li C. Study on particle radial distribution characteristics of FCC riser reactor[D]. Beijing: China University of Petroleum, 2016. | |
22 | 钟孝湘, 侯拴弟, 郑茂军, 等. 抗滑落提升管反应器流体力学性能的研究[J]. 石油炼制与化工, 2000, 31(7): 45-50. |
Zhong X X, Hou S D, Zheng M J, et al. Study on flow hydrodynamics of anti-down-slipping riser[J]. China Petroleum Processing Petrochemical Technology, 2000, 31(7): 45-50. | |
23 | 刘丙超, 苏鲁书, 张善鹤, 等. 新型变径提升管冷模实验研究[J]. 石油炼制与化工, 2018, 49(3): 48-53. |
Liu B C, Su L S, Zhang S H, et al. Cold mold study of a novel diameter-changing riser reactor[J]. China Petroleum Processing Petrochemical Technology, 2018, 49(3): 48-53. | |
24 | 范怡平, 蔡飞鹏, 时铭显, 等. 催化裂化提升管进料段内气、固两相混合流动特性及其改进[J]. 石油学报(石油加工), 2004, 20(5): 13-19. |
Fan Y P, Cai F P, Shi M X, et al. The gas-solid two-phase flow and the improvement in the feedstock injection-mixing zone of FCC riser[J]. Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing), 2004, 20(5): 13-19. | |
25 | Chen S, Fan Y P, Yan Z H, et al. CFD simulation of gas-solid two-phase flow and mixing in a FCC riser with feedstock injection[J]. Powder Technology, 2016, 287: 29-42. |
26 | Wang W, Li J H. Simulation of gas-solid two-phase flow by a multi-scale CFD approach of the EMMS model to the sub-grid level[J]. Chemical Engineering Science, 2007, 62(1): 208-231. |
27 | 王维, 洪坤, 鲁波娜, 等. 流态化模拟: 基于介尺度结构的多尺度CFD[J]. 化工学报, 2013, 64(1): 95-106. |
Wang W, Hong K, Lu B N, et al. Fluidized bed simulation: structure-dependent multiscale CFD[J]. CIESC Journal, 2013, 64(1): 95-106. | |
28 | 汪申, 时铭显. 我国催化裂化提升管反应系统设备技术的进展[J]. 石油化工动态, 2000, 8(5): 46-50. |
Wang S, Shi M X. Progress of domestic FCC riser reactor technology[J]. Petrochemical Industry Trends, 2000, 8(5): 46-50. | |
29 | 范怡平. 催化裂化提升管内气固两相流动特性的研究[D]. 北京: 石油大学(北京), 2000. |
Fan Y P. Study on gas-solid two-phase flow characteristics in FCC riser[D]. Beijing: University of Petroleum, 2000. |
[1] | 王少雄, 李玉星, 刘翠伟, 梁杰, 李安琪, 薛源. 水下输气管道泄漏扩散特性模拟研究[J]. 化工学报, 2020, 71(4): 1898-1911. |
[2] | 陈汇龙, 桂铠, 韩婷, 谢晓凤, 陆俊成, 赵斌娟. 上游泵送机械密封润滑膜固体颗粒沉积特性研究[J]. 化工学报, 2020, 71(4): 1712-1722. |
[3] | 李睿, 张以任, 陈杭, 路贵民, 于建国. 二元液滴自由碰撞聚并后的振荡行为研究[J]. 化工学报, 2020, 71(4): 1482-1490. |
[4] | 陈琦, 李京坤, 宋昱, 何倩, 李雪芳. 流动聚焦微通道内牛顿微液滴在幂律剪切致稀流体中的生成研究[J]. 化工学报, 2020, 71(4): 1510-1519. |
[5] | 周海军, 熊源泉. 补充风对水平管高压密相气力输送影响的模拟研究[J]. 化工学报, 2020, 71(2): 602-613. |
[6] | 付涛涛, 朱春英, 马友光. 微通道内卫星液滴生成机理与惯性分离机制[J]. 化工学报, 2020, 71(2): 451-458. |
[7] | 黄正梁, 王超, 李少硕, 杨遥, 孙婧元, 王靖岱, 阳永荣. 基于深度学习的气液固三相反应器图像分析方法及应用[J]. 化工学报, 2020, 71(1): 274-282. |
[8] | 陈宇超, 崔永晋, 王凯, 骆广生. 阶梯式T型微通道内液滴、气泡分散规律[J]. 化工学报, 2020, 71(1): 265-273. |
[9] | 蒋二辉, 张东伟, 周俊杰, 沈超, 魏新利. 不同结构下两弯头脉动热管的数值模拟[J]. 化工学报, 2019, 70(S2): 244-249. |
[10] | 高泽世, 姚元鹏, 吴慧英. 球形容器内石蜡非约束融化特性实验[J]. 化工学报, 2019, 70(7): 2480-2487. |
[11] | 佟颖, Ahmad Nouman, 鲁波娜, 王维. 基于EMMS介尺度模型的双分散鼓泡流化床的模拟[J]. 化工学报, 2019, 70(5): 1682-1692. |
[12] | 苏武, 石孝刚, 吴迎亚, 高金森, 蓝兴英. 乙炔加氢制乙烯浆态床反应器的CFD模拟[J]. 化工学报, 2019, 70(5): 1858-1867. |
[13] | 周鑫, 邓乐东, 王宏, 朱恂, 陈蓉, 廖强, 丁玉栋. 圆柱壁面上液滴凝固相变对其运动行为的影响[J]. 化工学报, 2019, 70(3): 883-891. |
[14] | 徐兰, 潘大伟, 邓朝俊, 黄卫星, 刘梅芳. “一步法”微流控制备大直径复合乳粒中几何尺寸调控规律研究[J]. 化工学报, 2019, 70(12): 4617-4624. |
[15] | 孙建闯, 曹夏昕, 冉旭, 张卓华, 米争鹏, 丁铭. 低流量下等高差自然循环系统倒流现象实验研究[J]. 化工学报, 2019, 70(11): 4231-4237. |
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