单、双入口旋风分离器环形空间流场的数值模拟

采用RSM模型数值模拟了单入口、双入口旋风分离器环形空间流场分布形式。结果说明单入口分离器径向速度量值总体约是多入口分离器的10倍。双入口分离器环形空间流场对称性较好,切向速度比单入口分离器大;径向向心速度小,可能会减少气流向升气管壁面夹带的颗粒量;且升气管近壁下行速度小而均匀,能减小芯管下方短路流量,分离器性能比单入口分离器好。根据环形空间流场还可以推测,双入口分离器对升气管外壁面冲刷能力强且作用效果均匀,可以有效抑制在气管外壁大块结焦物的形成。     

FCC沉降器粗旋风分离器的料腿泄气率

 在粗旋冷态模型实验基础上,采用FLUENT 6.2流体力学计算软件对FCC沉降器粗旋内部的两相流动进行数值模拟,针对稀、密相流动分别采用颗粒随机轨道模型和双流体模型,探讨了气速、气体物性和固相颗粒浓度对FCC沉降器粗旋料腿泄气率的影响规律。结果表明,气速和固相颗粒浓度升高均导致粗旋料腿内外压差增大,料腿泄气率随之增大。随固相颗粒浓度增大,料腿泄气率上升的趋势先急后缓,与其固相颗粒浓度-压降关系相对应,料腿泄气率-固相颗粒浓度曲线和压降-固相颗粒浓度曲线显示的转折点质量浓度均为0.8 kg/m³;固相颗粒浓度对料腿泄气率的影响存在着2种作用机制,即下行颗粒群对气体的夹带作用和颗粒在粗旋内壁形成的不断增厚的灰层对气体实际流通横截面积的缩减作用。气体密度的增大会导致料腿泄气率增大;黏度增加在削弱气流的旋转能量的同时,增加了升气管短路流率,对料腿泄气率的增加具有正反两方面作用。综合操作参数、气体物性和结构尺寸等因素的影响,回归得到FCC沉降器粗旋料腿泄气率表达式。     

旋风分离器短路流的估算问题及其数值计算方法的讨论

旋风分离器升气管下口短路流量的大小是评价分离器性能的指标之一,现有的短路流计算方法对升气管下口短路流出现的高度范围的选取并不明确,采用不同的高度范围计算结果可能完全不同,故而分离器设计、开发及应用前后往往需要经历反复的实验验证过程,既费时又费力。通过对双进口及普通单进口分离器径向速度场和轴向速度场的分析,自定义了一种基于数值计算平台的短路流计算方法,要点为根据分离器升气管下口位置横截面上径向流动向心与离心趋势的拐点划分短路流量计算的范围,基本为与升气管同心的环状面,利用CFD软件可以很容易地计算出此环面内下行的流量,即通常意义的短路流量。该计算方法的优势在于能够较准确地定义短路流计算的范围,并且对于新型多进口分离器和普通单进口分离器都适用,计算过程简单、结果可靠。     

重油催化抑制结焦沉降器内油气流动的数值模拟

采用 - 模型和组分输运方程进行数值模拟,考察了重油催化工业沉降器抑制结焦改造后其沉降空间的稳态流场及油气分率。结果表明,改造后的沉降器空间油气以顶部下行、底部上行略带扭摆的纵向流动为主,顶部下行速度小于0.15 m/s,底部上行油气速度平均为0.5 m/s,纵向流速比横向流速高1~2个数量级。中心抽吸管口区域存在较强的油气汇聚,速度10 m/s左右。改造后的沉降空间不存在流动死区,绝大部分油气能迅速从中心抽吸管排出沉降器;只有低于10%的油气不能迅速排出沉降器,停留时间稍长。沉降器下部油气摩尔分率较大（平均约50%,顶部低于25%,部分区域甚至小于10%）。改造后沉降器空间的结焦大大减轻。     

旋风分离器进口涡旋感生速度场的减阻增效作用

旋风分离器进口段管路的结构关系着进口气速的分配,直接影响到下游分离空间三维速度场的形式,合理设计进口管的样式是挖掘分离器分离潜力的可能入手之处。采用实验及数值模拟手段,对环管和直管2种进口管路下轴对称双进口分离器的性能与流场作了对比研究。结果表明,环管进口的分离器分离总效率比两侧进口的平均高1.5个百分点,而压降损失降低25%以上。前者阻力小的原因在于进口环管内气流为局部的涡旋,与分离器内旋涡流动的形式接近,两股气流交汇时碰撞程度轻,附加的额外能耗较小;而总效率提高的原因为,环管进口的分离器切向速度比两侧进口的分离器约高0.15倍进口气速,能增强颗粒受到的离心作用、减小切割粒径,从而提升分离器总效率。根据涡旋理论,局部区域的涡旋会对整个流动空间产生感生的速度场,由于环管进口的分离器进口管内局部涡旋的存在,整个分离空间的切向速度场被增强。这种由涡旋感生速度场提升分离器切向速度的方式,加深了分离器运行过程中压头向速度转换的程度,不会消耗额外的能量。因此,采用旋涡流的进气方式,并合理提高进口涡旋的强度,是分离器分离性能进一步提升的新途径。     

FCC沉降器粗旋工作性能的数值模拟

引言 催化裂化工艺(fluidized catalytic cracking, FCC)是目前我国重质油轻质化加工的主要方法之一.重质油裂化反应过程主要在提升管反应器内完成,提升管出口通常设置旋风分离器(简称粗旋)将反应后油气与催化剂快速分离,以避免发生过裂化反应.粗旋工作性能的优劣直接影响装置目的产物的收率、沉降器内部结焦以及油浆固含量.     

单、双进口对旋风分离器升气管外壁结焦影响的数模分析

利用数值模拟技术,对比考察了旋风分离器采用轴对称双进口和单边切向进口时升气管外壁附近及环形空间的静压和切向速度分布,分析比较这两种进口形式下升气管外切向剪切力和径向压力梯度力对升气管外壁结焦物沉积与积累的影响。结果表明,双入口分离器升气管近壁环向顺、逆压梯度区范围均小于单进口分离器,切向速度沿环向变化不明显,近壁低速易沉积区范围小,且不容易出现油气及催化剂的回流和滞留区,能有效抑制结焦物的沉积;双进口分离器升气管近壁区的平均剪切力比单进口分离器大30%以上,而平均径向压力梯度力比单进口分离器约小17%,能一定程度上削减结焦层厚度,抑制结焦物积累的能力强于单进口。轴对称双进口旋风分离器升气管外壁结焦的倾向将明显小于单切向进口的旋风分离器。