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操作条件对乙烯裂解炉内过程影响的数值模拟研究

作　者: 张照
导　师: 贾志刚
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程
关键词: 乙烯裂解炉计算流体力学数值模拟
分类号: TQ221.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 73次
引　用: 2次
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内容摘要

乙烯裂解炉是热裂解制乙烯的核心装置,炉内的主要现象包括燃烧反应、裂解反应、辐射传热、对流传热和流动。以求解流动方程为基础的计算流体力学方法,可以准确模拟出裂解炉内各个现象间的相互影响。本文以燕山石化公司的E-BA-107号裂解炉为研究对象,利用Fluent商用软件对其进行了模拟,研究工作主要包括以下几个方面:1.模拟了单根炉管内的流动、传热和化学反应以及热通量条件对裂解反应的影响。研究发现,在沿管长的轴向方向上,可以将炉管分为3段:传热段、一次反应段和二次反应段;乙烯产率随热通量增加而升高,而丙烯产率随热通量增加而降低。2.建立了包含8根炉管的1/4炉膛的三维计算模型,并对其进行耦合模拟研究。研究表明,底部燃烧器用来加热炉膛内的流体,为炉管提供的辐射热较少,而侧壁燃烧器用来加热炉墙,为炉管提供辐射热较多;不同炉管内的流体温度和裂解产物收率存在差异。3.在上述耦合计算的基础上,利用均匀试验设计的方法,考察了操作条件对裂解反应的影响。研究表明,炉管内乙烯产率随着进料量的增加而减小,随着燃料量的增加而增加;丙烯产率与操作条件的线性规律不明显,有待进一步研究。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
Contents  10-13
符号说明  13-15
第一章绪论  15-27
  1.1 课题背景及研究意义  15
  1.2 文献综述  15-24
    1.2.1 反应动力学模型  16-18
    1.2.2 炉管模型  18-20
    1.2.3 炉膛模型  20-22
    1.2.4 炉膛与炉管的耦合模拟  22-23
    1.2.5 裂解炉的优化模拟  23-24
  1.3 课题的研究内容  24
  1.4 计算流体力学的研究方法  24-27
    1.4.1 计算流体力学简介  24-25
    1.4.2 Gambit软件简介  25
    1.4.3 Fluent软件简介  25-27
第二章模型的建立  27-39
  2.1 几何模型  27-29
  2.2 计算模型  29-33
    2.2.1 基本方程  29-31
    2.2.2 湍流模型  31-32
    2.2.3 辐射传热模型  32-33
  2.3 裂解原料  33
  2.4 反应动力学模型  33-36
    2.4.1 燃烧反应动力学模型  35
    2.4.2 裂解反应动力学模型  35-36
  2.5 物性参数  36
  2.6 边界条件和求解控制  36-39
第三章单根炉管的计算结果分析  39-47
  3.1 操作条件  39-40
  3.2 炉管的计算结果  40-43
    3.2.1 炉管内的流动  41-42
    3.2.2 炉管内的反应  42-43
  3.3 热通量条件对裂解反应的影响  43-46
  3.4 小结  46-47
第四章炉管与炉膛耦合计算结果分析  47-63
  4.1 操作条件  47-48
  4.2 炉管计算结果  48-57
    4.2.1 壁面热通量分布  49-51
    4.2.2 外壁面温度分布  51-53
    4.2.3 裂解气温度分布  53-55
    4.2.4 裂解产物的质量分数分布  55-57
  4.3 炉膛计算结果  57-61
    4.3.1 炉膛内的流场  57
    4.3.2 炉膛内的温度场  57-61
  4.4 小结  61-63
第五章操作条件对裂解反应的影响  63-73
  5.1 试验设计  63-64
  5.2 参数回归分析  64-68
    5.2.1 乙烯产率的线性回归分析  64-66
    5.2.2 其它参数的回归分析  66-68
  5.3 参数分布分析  68-72
    5.3.1 炉管壁面热通量分布  68-69
    5.3.2 炉管外壁面温度分布  69
    5.3.3 裂解产物的质量分数分布  69-71
    5.3.4 炉膛温度分布  71-72
  5.4 小结  72-73
第六章结论  73-75
  6.1 主要研究内容  73
  6.2 课题展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
研究成果及发表的学术论文  81-83
作者及导师简介  83-84
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  84-85

操作条件对乙烯裂解炉内过程影响的数值模拟研究

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