二氯乙烷裂解爐的數(shù)值模擬與分析.pdf

1、二氯乙烷裂解爐是熱裂解法制備氯乙烯單體工藝中關(guān)鍵的工藝設(shè)備之一，對其操作過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬和開展深入的研究工作，在維持裂解爐的正常生產(chǎn)、節(jié)約燃料、提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益等方面具有重要的理論和現(xiàn)實意義。裂解爐中存在著燃燒、傳熱、傳質(zhì)等復(fù)雜流體的流動，建立由偏微分方程組成的管式裂解爐數(shù)學(xué)模型求解困難。計算流體力學(xué)(ComputationalFluidDynamics，CFD)可以對這些復(fù)雜流體的流動進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值計算。它綜合了計算數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)

2、、流體力學(xué)、科學(xué)可視化等多種學(xué)科，為現(xiàn)代科學(xué)中許多復(fù)雜流動與傳熱問題提供了有效的解決方法。本文主要利用CFD技術(shù)對裂解爐輻射室進(jìn)行數(shù)值模擬與分析。 管式加熱爐內(nèi)部爐管的裂解反應(yīng)與管外的輻射傳熱是相互影響而又分別獨立的兩部分。本文分別以二氯乙烷裂解爐中反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)過程和輻射室內(nèi)的熱傳遞過程為對象，通過計算機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬與分析。本文主要進(jìn)行了以下的研究工作： 1.結(jié)合別洛康法計算裂解爐輻射室的傳熱模型，建立了整個管式裂解

3、爐的數(shù)學(xué)模型并確定了模型中的參數(shù)。利用所建立的數(shù)學(xué)模型，分別研究了進(jìn)料溫度、氧含量、燃料量等操作變量對裂解爐的轉(zhuǎn)化率和熱效率的影響，得出了所研究的管式加熱爐較優(yōu)的操作條件。結(jié)合某石化廠二氯乙烷裂解單元裝置的DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬計算。實例結(jié)果表明，本文建立的數(shù)學(xué)模型基本符合實際生產(chǎn)狀況，可用于管式加熱爐的模擬計算。這些對于指導(dǎo)實際生產(chǎn)操作以及進(jìn)一步對工業(yè)裂解爐的優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)。 2：研究了數(shù)值計算中的網(wǎng)格劃分技術(shù)以及控制方

4、程的離散化格式，針對裂解爐的物理結(jié)構(gòu)特點，選用Gambit對裂解爐輻射段進(jìn)行幾何建模，采取分塊結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化自適應(yīng)網(wǎng)格，對火嘴周圍進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，建立整個裂解爐輻射室的網(wǎng)格模型，同時確定裂解爐數(shù)值模擬的邊界條件類型。 3.研究了流體動力學(xué)的基本原理，建立了二氯乙烷裂解爐輻射段的流體控制方程、傳熱方程、燃燒方程以及輻射方程。根據(jù)裂解爐的結(jié)構(gòu)確定邊界條件，采用FLUENT軟件對上述方程進(jìn)行數(shù)值求解。計算得到裂解爐內(nèi)部流場、溫度場以