提升管预提升段内颗粒径向密度分布的特点
提升管加床层反应器提升管段下行颗粒的分布及其对流动的影响
Do wn wa d Pa t c e Di t i u i n a d I s Ef e t n Pa t c e Fl w n t e Ri e r r i l s r b to n t f c s o r i l o i h s r S c i n o s r Fl i i e d Re c o e t o f Ri e - u d z d Be a t r
21 O 1年 2月
石油学报 ( 油加工) 石 AC E Ol ISNI A ( E OI TA P TR I C P TR E EUM RO S I E T ON) P CE SNG S C I
第 2 7卷 第 1期
文 章 编 号 :1 0 7 9 2 1 ) 10 6 — 8 0 18 1 ( 0 1 0 - 0 90
联式 。
关键Βιβλιοθήκη 词 : 合 反 应 器 ;提 升 管 加 床 层 ;提 升 管 ;下 行 颗 粒 ;颗 粒 速 度 耦
文 献 标 识 码 :A d i 0 3 6 /.sn 1 0 - 7 9 2 1 . 1 0 2 o :1 . 9 9 jis . 0 18 1 . O 1 0 . 1
中 图分 类 号 :TQ0 1 1 5 . ;TQ0 2 5
率 增 加 ,且 主要 受 出 口约束 阻力 影 响 ,随 出 口约束 阻 力 增 加 而 增 大 。从 径 向 看 ,下 行 颗 粒 主 要影 响 近 壁 区 的颗 粒速 度 ,考 虑 下 行 颗 粒 影 响 后 ,充 分 发 展 区 的 截 面 平 均 颗 粒 速 度 约 为 未 考 虑 时 的 0 8倍 , 约 束 区 和 加 速 区 较 0 8倍 . 在 . 略有 增 大 。通 过 对 实 验 数 据 的分 析 ,得 到 了提 升 管 段 局 部 和 截 面 平 均 颗 粒 速 度 在 考 虑 下 行 颗 粒 前 后 的 定 量 换 算 关
提升管反应器
提升管反应器的作用图1 提升管反应器结构示意图提升管反应器的基本结构形式如图1所示。
提升管反应器的直径由进料量确定。
工业上一般采用的线速是人口处为4-7m/s ,出口处为12-18m/s。
随着反应深度的增大,油气体积流量增大,因此有的提升管反应器由不同直径的两段(上粗下细)组成二提升管反应器的高度由反应所需时间确定,工业设计时多采用2-4s的反应时间。
近年来由于进人反应器的再生催化剂温度多已提高到650-720℃,提升管下段进料油与再生催化剂接触处的混合温度较高,当以生产汽油、柴油为上要目标时,反应只需2s左右的时间就已基本完成,过长的反应时间使二次裂化反应增多,反而使口的产物的收率下降。
为了优化反应深度,有的装置采用终止反应技术,即在提升管的中上部某个适当位置注人冷却介质以降低终中部的反应温度,从而抑制二次反应。
有的还在注人反应终止剂的问时相应地提高或控制混合段的温度,称为混合温度控制技术(MTC)。
此项技术的关键是如何确定注人冷却介质的适宜位置、种类和数量。
国内有些炼油厂采用了注人终止剂技术,但是仅是凭经验来确定有关的参数,可靠性差。
中国石油大学提出的提升管反应器流动—反应模型可以对提升管内的反应过程进行三维模拟,初步解决了科学确定上述有关参数的问题。
图2是在某催化裂化装置的提升管的适当位置注入反应终止剂前后提升管沿高的温度及反应产二物产率变化情况的模拟计算结果。
由此可见,注人终止剂后,汽油和柴油的产率都有所提高。
注人终止剂的效果与原工况及注人的条件有关。
提升管反应过程图2 提升管注人终止剂的效果的模拟计算结果提升管上端出口处设有气—固快速分离构件,其目的是使催化剂与油气快速分离以抑制反应的继续进行。
快速分离构件有多种形式,比较简单的有半圆帽形、T字形的构件,为了提高分离效率,近年来较多地采用初级旋风分离器。
实际上油气在沉降器及油气转移管线中仍有一段停留时间,从提升管出日到分馏塔约为10-20s。
管型结构对提升管流动特性的影响
2002年 12 月 The Chinese Journal of Process Engineering Dec.2002 管型结构对提升管流动特性的影响陈志伟1,罗保林1,冯伟2,任天瑞 1(1. 中国科学院过程工程研究所,北京100080;2. 中国石油化工洛阳石化工程公司,洛阳 473005)摘要:采用边壁补气模拟重油催化裂化提升管反应装置中气体的膨胀行为,通过比较直管型提升管和锥型提升管中的气–固流动行为,研究了锥形提升管结构对油气膨胀所带来的流动特征变化的适应与改善. 实验结果表明,相对于直管型提升管,锥型提升管对流化气量的变化有较好的适应能力,且能有效地改善床层内的颗粒速度、空隙率的径向分布以及压力的轴向分布.关键词:循环流化床;提升管;结构;流动特征中图分类号:TQ051.1+3 文献标识码:A 文章编号:1009–606X(2002)06–0485–061 前言提升管中的气、固两相流动,由于影响因素多,流动规律相当复杂. 提升管反应器中气、固两相局部和整体流动结构的不均匀性,直接影响到了循环流化的质量. 尤其在重油催化裂化反应装置中,由于油气的受热膨胀和裂化反应所造成的气体体积增加,对流体的流动行为产生了很大的影响,使得反应器中的流动行为更为复杂. 对于提升管反应器的改造,大部分都集中于气固相出口和入口[1–5]、以及内构件[6,7]的研究上. 在提升管形状的改变上,Schut等[8]研究了锥度较大的扩大段中气固两相的流动行为,认为颗粒是沿着扩散型的流线运动的,同时将产生大量的返混. 本文研究锥度较小、高度较高的倒锥型提升管扩大段中的流体流动行为,并与直管相比较,以考察提升管结构对流化气体体积改变所带来的流动特征的变化的适应与改善.2 实验装置实验装置如图1所示. 装置由有机玻璃制成,总高4500 mm. 分别采用直管和锥型提升管进行实验,直管内径100 mm,锥型管扩大段高度1000 mm,最大内径150 mm,最小内径与直管相同,上端缩小段高度200 mm. 预提升器内径100 mm,内输送管内径68 mm,高度50 mm,预提升蒸汽入口管内径30 mm,与内输送管之间的距离200 mm,喷嘴内径12 mm,入射角度30o.本工作对于提升管结构的改变主要体现在补气装置和锥型提升管. 实验中采用两个补气装置,其中预提升补气装置以及预提升器采用LIU等[1]的研究成果,该补气装置用以遏制喷嘴区域颗粒的“贴壁效应”,并防止颗粒在喷嘴下方内输送管外堆积;而在提升管内使用沿边壁环隙的提升管补气装置来模拟气体在生产装置中的膨胀行为. 两种补气方式基本相同,气体首先进入补气装置的气包,通过均匀分布于管壁上的直径10 mm的8个小孔进入喷嘴区域或提升管;进入的气体由于内输送管的阻挡,由环隙沿管壁向上进入喷嘴区域或提升管. 补气量以内管和环隙的表观气速相等为原则.实验固体物料采用FCC催化剂颗粒,密度2.68×103 kg/m3,平均粒径5.29 µm;气体采用空气,密度1.168 kg/m3,粘度1.808×10–8 Pa.s.收稿日期:2002–04–02, 修回日期:2002–10–09作者简介:陈志伟(1976–),男,江苏省扬中市人,硕士研究生,化学工艺专业;罗保林,通讯联系人.(a) Tube riser (b) Diffuser图1 实验装置流程图Fig.1 The sketch of experimental apparatus1. Pre-riser2. Nozzle3. Equipment of pre-risingauxiliary gas4. Equipment of riserauxiliary gas5. (a) Tube (b) Diffuser6. First cyclone7. Second cyclone8. Tank9. Collector 10. Compressor11. Riser auxiliary gas 12. Nozzle gas 13. Pre-rising gas14. Pre-rising auxiliary gas 15. Check point I~VI 16. Top pressure point实验测量喷嘴以下0.2 m 到喷嘴以上1.5 m 处的轴、径向颗粒速度、空隙率分布和床层压力轴向分布随气体流量和颗粒循环量的变化. 从预提升器内输送管出口往上沿轴向依次设置6个测量点(I~VI),测量点间隔为200 mm. 采用中国科学院过程工程研究所研制的PV–4A 颗粒速度和空隙率光纤测量仪,基于相关性方法测量颗粒的速度和床层空隙率(颗粒浓度). 压力采用U 型管测量,从最高测量点向下,间隔200 mm 设9个测压点. 催化剂循环量的测定采用称重法,设备运行时关闭料斗入口阀门,使循环物料进入收集罐中并计时,由测定的∆m /∆t 计算得到颗粒循环量.3 结果与分析3.1 进口气量比率变化的影响在固定总气量的情况下,改变预提升气量和喷嘴气量的比例,测量装置(a)中提升管补气结构上方(第IV 点)的空隙率和速度的径向分布,得到图2所示的结果.0.00.20.40.60.80.060.080.100.120.140.160.180.200.221-εr /R0.00.20.40.60.82.62.83.03.2V s (m /s )r /R 3.43.63.84.04.24.4图2 相同总气量下颗粒浓度和颗粒速度径向分布比较Fig.2 Radial profile of solid fraction and particle velocity under the same global gas flux在总气量不变的情况下,不同喷嘴气和预提升气比率下速度和空隙率的分布曲线非常接近,6期 陈志伟等:管型结构对提升管流动特性的影响 487说明在喷嘴区域发生了充分的混合,消除了不同气量比率的变化对补气装置上方流型的影响. 考虑到测量误差及提升管内的波动,在本实验的操作条件范围内,可以认为流动特性的变化仅和总气量有关,而与各部分气量的变化无关. 3.2 锥型提升管流动特征 3.2.1 颗粒速度的径向分布锥型提升管中的颗粒速度径向分布总体表现为中心高边缘低,随颗粒循环量的增大和表观气速的降低,颗粒速度降低. 同时在不同的床层高度表现出两种不同的径向分布特性. 图3为不同表观气速下IV , V , VI 三点的径向颗粒速度分布,表观气速较大时,V , VI 两点颗粒速度径向分布特征较为接近;表观气速减小时,IV , V 两点颗粒速度分布特征趋向接近. 同样,循环量增大时,V , VI 两点颗粒速度分布特征趋向接近,循环量减小时,IV , V 两点颗粒速度分布特征趋向接近.图3颗粒速度径向分布0.00.20.40.60.8 1.00.01.02.03.04.0V s (m /s )r /R 0.00.20.40.60.81.00.01.02.03.04.05.06.0V s (m /s )r /RFig.3 Radial profile of particle velocity3.2.2 颗粒浓度的径向分布颗粒浓度随床层高度增加呈现不同的径向分布特征,各测量点中心区域颗粒浓度相差不大,差别主要表现在边缘颗粒浓度上. 如图4所示,在第IV 测量点,径向颗粒浓度表现为中心稀边缘密的分布;VI 点的颗粒浓度径向分布则比较均匀,在大部分的区域内,近似于水平;V 点边缘颗粒浓度随表观气速和颗粒循环量的变化较大,造成在较高表观气速和较低颗粒循环量下,V 点和IV 点径向分布较为接近,反之则和VI 点径向分布较为接近.0.00.20.40.60.81.00.050.100.150.200.250.300.350.400.451-εr /R 0.00.20.40.60.8 1.00.050.100.150.200.250.300.351-εr /R图4 颗粒浓度径向分布Fig.4 Radial profile of solid fraction488 过 程 工 程 学 报 2卷3.3 锥型提升管与直管的比较 3.3.1 颗粒速度分布的比较在相同操作条件下,锥管和直管中的颗粒速度的比较如图5所示. 可以看出,在第V 测量点,直管和锥管的速度相差不大,径向分布也较相似;而在第VI 测量点,锥管内径向颗粒速度的不均匀性较直管时有所减小,但由于管截面积的扩大,平均颗粒速度明显小于直管.0.00.20.40.60.81.01.02.03.04.05.06.0V s (m /s )r /R0.00.20.40.60.81.00.01.02.03.04.05.0V s (m /s )r /R 图5 直管、锥管颗粒速度径向分布比较Fig.5 Comparison of radial profile of particle velocity in two risers3.3.2 空隙率分布的比较在相同的操作条件下,对提升管补气装置上方第V , VI 测量点的径向颗粒密度分布进行比较,结果如图6所示. 在第V 点,随管径的增加,锥管中的颗粒浓度在边壁处有一定的上升,但是和直管相比则小得多,说明由于锥管管径的增加,管壁区域的颗粒浓度降低,且径向不均匀性减小. 在第VI 点,两种提升管结构的分布比较相似,但锥管中颗粒浓度略大于直管中颗粒浓度,与直管中颗粒浓度边缘略大于中心的径向分布相比较,锥管颗粒浓度径向分布更趋均匀.0.00.20.40.60.8 1.00.000.050.100.150.200.250.301-εr /R0.00.20.40.60.81.00.050.100.150.200.250.300.350.400.451-εr /R 图6 直管、锥管颗粒浓度径向分布比较Fig.6 Comparison of radial profile of solid fraction in two risers3.3.3 床层压力轴向分布的比较在相同操作条件下,直管和锥管中的绝对压力(表压)基本相同,锥管和直管中压力梯度表示为床层压力随床层高度的变化,以最高测压点为参照点,如图7所示. 当循环量较小时,两者压力梯度差别不大;而当循环量较大时,直管中的压力梯度明显大于锥管中的压力梯度,说明锥管具6期 陈志伟等:管型结构对提升管流动特性的影响 489有较好的操作弹性. 图中H –H 0 = –1.0~ –0.4 m 范围内,锥管压力梯度的减小,即装置中锥管的扩大段的压力降低. 说明扩大段能有效地降低床层的压力梯度.-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.210203040506070P -P 0 (m m H 2O )H-H 0 (m)-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.220406080100120140160P -P 0 (m m H 2O )H -H 0 (m)图7 不同循环量下直管、锥管压力轴向分布Fig.7 Comparison of axial profile of pressure in two risers4 结 论锥型提升管扩大段中,径向流动特征随床层高度而变化,在较低循环量或者较高气速下在一定的床层高度将存在径向较均匀的速度和空隙率分布.在同样采用边壁环隙补气的情况下,和直管相比,锥型提升管管壁附近的颗粒浓度明显降低,改善了颗粒浓度的径向分布特征;锥形提升管扩大段区域内颗粒浓度呈现非常均匀的径向分布,径向颗粒速度分布也有了较大的改善.相对于直管型提升管,锥型提升管降低了提升管内的压力梯度,表现出较好的操作弹性和较好的对反应气体体积变化的适应性能.符号表:G s 循环量 [kg/(m 2.s)] P 床层压力 (mmH 2O) U b 喷嘴气量 (m 3/h) H 0 最高测压点高度 (m) r 径向位置 (mm) U g 总气量 (m 3/h) H 床层高度 (m) R 直管半径 (mm) V s局部颗粒速度 (m/s) m 催化剂物料质量 (kg) t 时间 (s)ε 空隙率 P 0最高测压点压力 (mmH 2O)U a预提升气量 (m 3/h)参考文献:[1] Liu X L, Feng W, Shi B Z. Catalyst Pre-riser in FCC Riser [A]. Proceeding of 7th Int. Conference on CFB [C]. Ontario:Canadian Society for Chemical Engineering, 2002. EQ1.[2] 华彬, 李洪钟, 刘献玲, 等. 提升管反应器预提升段结构的优化 [A]. 催化裂化协作组第六届年会报告论文集 [C]. 1997.607–612.[3] 华彬. 快速流化床进料段径向空隙率分布的改善及加速段特性的研究 [D]. 北京: 中国科学院化工冶金研究所, 1991. [4] Miller A, Gidaspow D. Dense, Vertical Gas–Solid Flow in a Pipe [J]. AIChE J, 1992, 38(11): 1801–1815.[5] Pugsley T S, Milne B J, Berruti F. An Innovative Non-mechanical Solids Feeder for High Solids Mass Fluxes in CirculatingFluidized Bed Risers [J]. Powder Technol., 1996, 88: 123–131.[6] Jiang P J, Bi H T, Jean R H. Baffle Effects on Performance of Catalytic Circulating Fluidized Bed Reactor [J]. AIChE J, 1991,37(9): 1392–1400.490 过程工程学报2卷[7] Marzocchella A, Arena U. Mixing of a Lateral Gas Stream in a Two-dimensional Riser of a Circulating Fluidized Bed [J]. Can.J. Chem. Eng., 1996, 74: 195–202.[8] Schut S B, V an der Meer E H, Davidson J F. Gas–Solids Flow in the Diffuser of a Circulating Fluidized Bed Riser [J]. PowderTechnol., 2000, 111: 94–103.Influence of Riser Shape and Configuration on Flow Characteristics in the RiserCHEN Zhi-wei1, LUO Bao-lin1, FENG Wei2, REN Tian-rui1(1. Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China;2. Luoyang Petro-chemical Engineering Corporation, Luoyang, Henan 473005, China)Abstract: The rapid expansion of oil gas has large influence on the operating performance and flow characteristics in the riser of FCCU. In the present work, the effect of riser shape on flow characteristics and the suitability of conical riser (diffuser) for expanding oil-gas flow were investigated. Auxiliary gas was introduced into the riser to imitate the expansion of oil gas in the riser in experiments. The axial profile of pressure and the radial profiles of particle velocity and voidage were measured. Comparison of experimental results in the tube-riser and the conical-riser shows that the particle concentration in the conical riser is almost uniform, pressure drop is lower than that in the tube riser, and flow characteristics are greatly improved. It seems that the conical riser (diffuser) has the advantage of operating flexibility over the tube riser, and is suitable for the rapid expanding oil gas.Key words: circulating fluidized bed; riser; configuration; shape; flow characteristics。
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
I EC ON ONE OF F S NJ TI Z CC RI ER REACT ORS ( ) Ⅱ
A N ALY T I 、 L ESEAR CH (A R
FA N i n Y pi g, YE he S ng, LU Chu ia nx nd H I M i xi S ng a n
Th t o o ac lt g r da i rb to f n z l e n d fe e t rs r co — s cin i b an d. eme h d fr c lua i a ilds iu in o o ze it i i rn ie r s n t f e to S o t ie
维普资讯
第 5 3卷
第 1 0期
化
工
学
报
Vo15 N 0 .3 o1
Oc o e 2 0 tb r 0 2
20 0 2年 1 0月
J u n l o C e c l I d sr a d E gn eig ( h n ) o ra f h mi n u t a y n n ie r n C ia
p r e e s a e s c n a y r l t ey. a a tr r e m o d r ea i l v
Ke w rs F C,r r wo h s o y od C i ,t —p a f w,fe s k ijcinz n e s el ed t e料 混 合 段 内气 固两 相 流 动 特 性 ( ) Ⅱ
喷嘴油气在提升管进料段的浓度径向分布及混合行为
存 在 6种 浓 度 径 向分 布 形 式 ,反 映 了喷 嘴 油 气 与 预 提 升 气 体 和 颗 粒 在 进 料 段 的不 同 混 合 行 为 ,沿 轴 向 由 下 至 上
分 别 为 :未 混 合 区 ( M 形分 布 ) 强 、混 合 区 ( M 形 分 布 、强 三 峰 形 分 布 、弱 三 峰 形 分 布 、单 峰 形 分 布 ) 及 完 弱 成 混 合 区 ( 核 分 布 ) 随着 u 的增 加 或 【 环 。 , 的减 小 ,喷 嘴 油 气 与 预 提 升 气 体 和 颗粒 在进 料段 内 的 未 混 合 区 、混
第 6 1卷 第 9期 21 0 0年 9 月
化
工 学
报
V o.61 No. 1 9 Se t m be 20 0 pe r 1
CI ESC J u n 1 o ra
喷嘴 油气 在 提 升管 进料 段 的浓 度 径 向分布 及 混 合行 为
鄂 承林 ,蔡 丹枫 , 范怡平 ,卢春喜 ,徐 春 明,l 显l 时铭
中 图分 类 号 :TQ 2 . O11 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :0 3 — 1 5 ( 0 0 0 — 2 0 —0 48 17 21) 9 28 9
Co c n r t n d srb t n a d mii gp o eso e a n e ta i i i ui n xn r c s f g si o t o jt n
( 国 石 油 大学 ( 京 )重 质 油 国家 重 点 实 验 室 ,北 京 1 2 4 ) 中 北 0 2 9
摘 要 :在 声 D 2 O mm 提 升 管 冷 态 实 验 装 置 上 ,根 据 喷 嘴 油 气 在 进 料 段 4个 轴 向 位 置 ( H一 0 3 5 . 7 、1 0 5 . 7 、0 6 5 . 7 、
催化裂化提升管进料段的优化
较 大 的操 作 弹性 来 改 善提 升 管 进 料段 内油 、 两 剂
相接 触 、 混合 状况 , 抑制结 焦 成为 问题 的关键 。 1 提升 管进 料段 气 固两相 的流动 特点
向“ 返混 ” 。然 而 , 实验 结果 看 , 际情 况却 与理 从 实
想状 况相 去甚 远 , 主要存 在两 个方 面 问题 ; () 1 在进 料混 合段 的大部 分 区域 里 , 油剂 两相 的浓 度分 布并 不理 想 , 油相 浓 度 相 对较 高 ( ) 低 的 区域 , 相浓度 却较 稀 ( ) 剂 高 ;
剂 两 相 浓 度 分 布 并 不 匹配 ~ 在 油 相 浓 度 高 ( ) 位 置 . 低 的 剂相 浓 度 却 较 低 ( ) 并 介 绍 了 一 种 能 够 有 高 。 效地利用和控制二次流的 C S型 雾 化 喷 嘴 . 工业 应 用的 结 果 表 明 C S喷 嘴 对 提 升 管 内油 、 两 相 流 动 、 剂 混 合状况有明显地改善 . 可有 效地 提 高液 收 、 低 结 焦 。 降 关 键 词 : 化 裂 化 ;提 升 管 ; 嘴 ;进 料 段 ; 固 两 相 流 催 喷 气
进 料段 内气 、 固两相 流 动 的具体 特点 进 行详 尽研
究 的基 础上 进行 的 。 由于该 区域 内流 动状况 非 常 复杂 , 响 因 素众 多 , 测试 手 段 等 的限 制 , 些 影 受 一
件 的方案
。冷 态 实验 结 果 表 明 , 该 区域 设 在
置 内构件 能够 有效 地 改 善 油 剂 之 间 的接 触 、 制 抑 催化 剂 的返混 。但 是 , 工业 应用 中 , 在 内构 件很难
经受 催化 剂 的长周 期 冲刷 、 损 。另外 , 磨 当加工 油 品性 质改 变 时 , 化 速 度不 同可 能 造成 内构 件 的 汽 型线 不再 是 最 合理 的 。因此 , 何 找 到一 种 方 法 如 能 够实现 提 升管 进 料段 长周 期 良好 运 行 、 具 有 并
管道内的流速分布
管道内的流速分布导言:管道是一种常见的输送工具,广泛应用于工业、建筑、农业等领域。
在管道中,流体的流速分布对于流体的输送效率和管道的安全运行至关重要。
本文将探讨管道内的流速分布特点及其影响因素,以及一些常见的改善方法。
一、流速分布特点在管道内,由于摩擦阻力的存在,流体的流速分布呈现出一定的规律。
通常情况下,管道内的流速分布可分为以下几种情况:1. 匀速流动:当流体在管道中以恒定的速度流动时,流速分布均匀,呈现出平行的流线,没有明显的速度梯度。
2. 局部加速和减速:在某些特定的情况下,管道内的流速可能会发生局部的加速或减速。
这种现象通常是由于管道的几何形状变化或流体与管壁之间的摩擦阻力不均匀所引起的。
3. 边界层效应:在管道内,靠近管壁的一层流体速度较低,称为边界层。
边界层的存在会导致管道内流速分布不均匀,呈现出速度梯度。
边界层的厚度取决于流体的黏度和管道的光滑度。
二、影响因素管道内的流速分布受到多种因素的影响,以下是一些常见的影响因素:1. 管道的几何形状:管道的直径、长度、弯曲程度等几何参数会影响流体的流速分布。
通常情况下,管道直径较大、长度较短、无明显弯曲的管道内的流速分布较为均匀。
2. 流体的黏度:流体的黏度决定了流体与管壁之间的摩擦阻力大小。
黏度较大的流体在管道内的流速分布不均匀程度较高。
3. 入口和出口条件:管道的入口和出口条件对于流速分布也有一定的影响。
入口处的速度分布情况、出口处的压力条件等都会影响管道内的流速分布。
4. 管道壁面特性:管道壁面的光滑度、粗糙度等特性对于流速分布有一定影响。
光滑的管道壁面会降低摩擦阻力,改善流速分布。
三、改善方法为了改善管道内的流速分布,提高流体的输送效率,可以采取以下一些方法:1. 优化管道设计:合理选择管道的几何参数,如直径、长度、弯曲程度等,可以减少流体在管道中的摩擦阻力,改善流速分布。
2. 使用流速调节装置:在管道中安装流速调节装置,如节流阀、调节阀等,可以通过调整流道的截面积来改变流体的流速分布。
催化裂化装置操作工:催化裂化专业考试
催化裂化装置操作工:催化裂化专业考试1、问答题(江南博哥)提升管反应器工艺特点?答案:1.提升管催化裂化是原料与催化剂在管式反应器高速短时间进行反应,2.提升管反应器可以提高反应温度,高温有利于提高汽油辛烷值和轻质油收率,3.提升管反应器易使原料二次反应,因此要控制好反应时间和快速分离措施,4.产品灵活性大,易控制原料的转化率,提高了装置的灵活性,5.有利烧焦反应,再生催化剂的含碳量降低,催化剂的平衡活性高,6.由于反应速度加快,重金属脱氢反应影响较小,催化剂中毒现象影响小,这样原料范围可宽。
2、问答题在什么情况下,提升管易结焦?答案:(1)反应温度过高;(2)进料线速低,反应时间长;(3)原料油残炭过高;(4)喷咀分布不均,原料雾化不好。
3、填空题两器催化剂是否能够正常循环取决于()以及()。
答案:两器压力平衡;催化剂的流化质量4、问答题计算题:已知某催化装置湿主风量为1495Nm3/min,烟气中CO含量0.1%(体积),O2含量为6%(体积),CO2含量为12%(体积),水蒸气与干空气的分子比ф=0.012,烟风比公式:VF/VA=(2+ф-(100-[CO])/1.266[N2])/(1+ф),烧焦量为6500kg/h,计算耗风指标和总湿烟气量。
答案:耗风指标=VA/K=1495×60/6500=13.8总湿烟气量=VF=VA(2+ф-(100[CO])/1.266[N2])/(1+ф)=1495×(2+0.012-(100-0.1)/1.266×(100-0.1-12-6))/(1+0.012)=1549(Nm3/min)耗风指数为13.8,总湿烟气量为1549Nm3/min。
5、填空题反应温度上升,反应深度(),反应压力()。
答案:增大;增加6、填空题沉降器顶旋结焦集中在()和(),造成()或(),导致催化剂大量跑损。
答案:生气管外壁;料腿翼阀处;料腿堵塞;翼阀阀板卡住失灵7、填空题降低再生温度可以增产液化气的原因是通过提高剂油比()。
石大胜华实习总结
山东石大胜华化工集团股份有限公司实习总结纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。
这对一个最终要走出校园的学生来说是很重要的,对一名当代大学研究生更是如此。
作为一名专业型硕士研究生,我们也肩负着要把实验室的研究成果和工业实际联系起来。
通过对实际生产的认识,也会对我们的科研产生推动力。
为了提高学生的思想品德素质,规范学生的从业言行,培养学生的动手能力,提高学生的操作技能,巩固学生的专业知识,培养有理论、懂技能、能操作、会管理的高等技术应用性专门人才,使学生尽快完成从学生到劳动者的过渡,适应经济社会发展的需要,学校提供这次生产实习尤为重要。
在自己这些天的实习过程中,真正的脱离了课本,投入到石化行业的认识中,学到了许多原先在课本上学不到的东西,也为自己进一步投入到石化行业获得了一个更好的机会。
课本上学到的是理论知识,而在化工厂的生产实习则是对石化行业的熟悉与认识,也为自己以后的工作环境有了一些心理准备。
本次学校为我们安排的实习地点是山东石大胜华化工集团股份有限公司,此公司是教育部直属全国重点大学,国家“211工程”重点建设高校——中国石油大学(华东)的校办企业,是以基本有机化工产品的生产、销售为主的国家重点高新技术企业。
公司位于中国黄河三角洲的中心城市——东营市。
公司占地1500余亩,现有员工1300余人,注册资本1.52亿元,总资产25亿元。
集团下属东营石大维博化工有限公司、东营中石大工贸有限公司、青岛石大胜华国际贸易有限公司、东营石大胜华新材料有限公司、东营石大宏益化工有限公司等多家单位。
目前建有13套生产装置,拥有20多种产品,其中10万吨/年碳酸二甲酯装置产能规模位居同行业领先地位。
公司生产的碳酸二甲酯曾先后荣获2004年上海国际工业博览会银奖,中国化工学会精细化工专业委员会“质量过硬,优秀重点推荐产品”等荣誉称号,远销欧美、日韩、东南亚地区和国内十几个省市,国际、国内市场占有率居领先地位。
8月3日早晨,我们实习的所有同学就在学9楼旁等待接送车辆的到来,每个人的脸上都充满了期待,势必要在这次实习中学到点东西,不能浪费了这么好的机会。
提升机培训资料
❖ 3.运行可靠性好,先进的设计原理和加工方法, 保证了整机运行的可靠性。提升高度高.提升 机运行平稳,因此可达到较高的提升高度。 4.使用寿命长,提升机的喂料采取流入式,无 需用斗挖料,材料之间很少发生挤压和碰撞现
象。斗提机在设计时应保证物料在喂料、卸 料时少有撒落,这样就减少了机械磨损。
二、斗式提升机的结构组成
散装斗提(1038-1 1038-2 共2台)
型号NSE500*37160 输送能力500t/h 配套电机110KW 液力偶合器YOX
包装回灰斗提(1201-1 1201-2 1201-3共3台)
型号NE50*23680 输送能力50t/h
链条运行速度31m/min 主轴转速20.8rpm
配套电机11KW
配套电机30KW
减速机:50KW
液力偶合器YOX400 料位计LKW-Ⅱ
测速仪RD-Ⅱ
熟料斗提(0717-1 0717-2 共2台)
型号NSE450*29350 主轴转速18.5rpm 减速机:147KW 位计LKW-Ⅱ
输送能力600t/h 配套电机90KW 液力偶合器YOX500 测速仪RD-Ⅱ
减速机:31.5KW
料斗:164只
2#——3#库包装斗提(1024-1 1台)
型号NSE200*24000 输送能力200t/h
链条运行速度56.5m/min 主轴转速23.3rpm
配套电机30KW
减速机:64KW
液力偶合器YOX400 料位计LKW-Ⅱ
测速仪RD-Ⅱ
6#——7#库包装斗提(1204-2 1台)
❖ 链条的检查要点:①链 板、销轴有无变形或断 裂②衬套的滚动是否灵 活,如果不灵活,问题 必然在衬套和销轴。③ 链条有无卡链、跳链现 象④必须严格控制链条 与壳体底板的距离 ,要 定期测量,避免擦壳。
第七节-催化裂化工艺流程课件
垫弯头,在弯头的顶部充满了催化剂和油气,构成一个气垫。 提升管比较长、操作温度较高,热膨胀的问题也应给予考虑,一
般设置 波纹管膨胀节。
10/18/2023
页岩油化工厂催化裂化技术讲座
提升管入口线速: 4.5-7.5m/s 提升管出口线速: 8-1m/s (2)严格控制油气和催化剂的接触时间。一般停留时间2-4秒。为了 严格控制提升管反应时间,出口设快速分离器。
(3)保证油气和催化剂的良好接触。 设高效雾化喷嘴,使进料完全雾化成很小的液滴,以利于汽化,
否则会使转化率降低,焦碳产率增加。
隔热层:矾土水泥、轻质耐火土以及蛭 石配成。厚度74mm。
耐热耐磨层:矾土水泥、矾土细粉和矾 土熟料配成。厚度26mm。
为了防止耐磨层的脱落,一般采用龟甲网。
10/18/2023
页岩油化工厂催化裂化技术讲座
15
① 密相段直径 再生器密相床有高速床和低速床,对低速床,按床层线速(空塔
线速) 0.6-0.7米/秒确定密相直径;对高速床,气速采用1.0-1.5米/ 秒,烧焦罐就是高速床再生。
10/18/2023
页岩油化工厂催化裂化技术讲座
10
催化剂在斜管和水平管流动时,催化剂有向管子低部沉积的趋势, 虽然在提升管反应器里气体速度较大,超过催化剂的沉积速度,但是 实践表明,在水平管中催化剂的分布沿管截面是不均匀的,下部密度 大而上部密度小,反应在管截面的上下部有较大的温差现象可以看出 次现象。提升管有竖直的也有折叠的,折叠提升管有一部分是水平管。
10/18/2023
组合约束型出口提升管系统压力分布及压力平衡分析
到 流 化 松 动 作 用 ;第 三 路 进 入 流 化 床 锥 体 中 ,流 化 并 松 动 其 中 的物 料 。流 化 床 中的 颗 粒 经 循 环 管 进 入 提 升 管 中 ,在 提 升 主 风 的作 用 下 向上 运 动 ,
在提升管 出 口,气 固经莲蓬头式分布器进入流化 床 中 , 部分 颗 粒 进 入 循 环 管 继 续 参 与 循 环 。气 体 经 过流 化床 层 后夹 带部 分颗 粒进 入旋 风分 离 系 统 ,分离下来 的颗粒经料腿返回流化床层中,气 体经 布袋 除 尘器 净化 后放 空 。
作者简介 :吴广恒 ,男,河北邯郸人,河北工业大学过程装备与
第3 期
一
组合约束型 出口提升管系统压力分布及压力
平衡分析
吴广恒 ,贾梦达 ,王德武 ,任广泽 ,张凯,张少峰
( 河北 工业大 学化 工学院 , 天津 3 0 0 1 3 0 )
[ 摘 要] 在一套冷态的组合 约束型 出口提升管装置上,对提升管压 降及 系统压 力分布进行 了实验研究,通过推动力与阻力分 析建立 了系统压力平衡 方程 。结果表 明,提升 管压 降轴向呈两端大中间小的C 型分布特征,对应轴 向由下至上可分为加速 区、 充分发展 区和约束区。系统压 力平衡主要受上部床层 内颗粒 静床 高度 、莲蓬头式分 布器下方床层 密相 高度 、循环管总高度及
数的轴径向分布,黄克峰等【 6 ] 通过实验研究了床层 料 位 对 床 层 及 粗 旋 快 分 入 口催 化 剂 密 度 的 影 响 , 对 于 该 装 置 的 系 统 压 力平 衡 分 析 尚未 见 到 相 关报 道 。而维持系统压力平衡 是保 证工业装置合 理设 计和 正常运行 的重要前提 ,得 到国 内外诸 多研 究
管道水力输送的粗颗粒运动状态变化及其临界条件
管道水力输送的粗颗粒运动状态变化及其临界条件
管道水力输送的粗颗粒运动是指流体中存在粗颗粒,而这些粗颗粒可被水力输送管道
输送的运动状态。
粗颗粒可以是石灰石、砂石、铁粉等实体材料,也可以是微小的气泡或
悬浮物,如有机物、硫酸盐等化学污染物。
在管道水力输送过程中,粗颗粒的运动状态受
到多种外界因素的影响。
一般而言,当粗颗粒舱流量较小时,粗颗粒以均布的状态流动,大小分布均匀。
当舱
流量增加时,由于粗颗粒受到流体流动作用,粗颗粒质心将向流速较大处迁移。
经过一定
距离,粗颗粒将在管内形成一个梯状结构,捕获的粗颗粒将有向上趋势,有向下趋势。
由
于粗颗粒的质心阻力会使得管道水力输送的粗颗粒运动不再均匀,并在某一距离达到临界
状态。
这种临界状态下下游阻力较大,当舱流量再增加时,上游的粗颗粒将累积在系统的瓶
口处,产生堵塞现象。
此时瓶口的压力已经大大超过管道的最大压力,管道的内壁紊乱不
再支撑粗颗粒的质心,粗颗粒由上而下匀速流动,出现滞环现象。
反之,当舱流量减小,
到达一定的小流量条件时,从上而下堆积的粗颗粒也会被淹没在上游,出现填料未闭现象。
因此,管道水力输送的粗颗粒运动状态变化临界条件可以用粗颗粒舱流量表示,即舱
流量越大时,粗颗粒越容易形成梯状结构,堵塞现象发生可能性越大。
反之,舱流量越小时,粗颗粒会产生填料未闭现象。
因此,建议设计者在设计和选用管道水力输送系统时,
应注意计算本系统临界状态下的舱流量,并确保流程处于安全状态。
颗粒在管道中重力流动特征
颗粒在管道中重力流动特征颗粒在管道中重力流动特征管道输送是工业生产中常见的一种输送方式,用于输送物料、化学制品、煤炭等物体,其中颗粒输送占据了很大的比重。
颗粒在管道中输送的重力流动特征是物料管道设计和运输过程中的关键问题。
本文将介绍颗粒在管道中的物理特性,重力流动的基本原理,以及影响重力流动特征的因素等。
一、颗粒在管道中的物理特性颗粒是固体的颗粒状物体,具有流动性。
颗粒的形状、大小、密度等因素会影响颗粒在管道中的流动特性。
不同形状的颗粒在管道中的流动特性不同,球形颗粒在管道中的流动速度较快,而不规则形状的颗粒则容易卡住或者造成管道堵塞。
颗粒的大小也会影响管道的流动特性,颗粒的大小与沉降速度成反比,因此,颗粒的大小越小,对应的沉降速度越快,随着颗粒的运动会形成还原率。
而颗粒的密度则是影响颗粒重力流动特征的另一个因素,密度越大的颗粒,在管道中的流动阻力越大,沉降速度也越大。
二、重力流动的基本原理重力流动是颗粒在管道中流动的一种方式,它的原理基于斯托克斯定律和阿基米德原理。
当颗粒在管道中沿着重力方向运动时,由于重力的作用,颗粒间的间隙会不断扩大,速度减慢,且质量下沉。
斯托克斯定律指出,颗粒的沉降速度与颗粒的大小、密度和液体的粘度有关,它的大小与深度平方成比例,这也是影响颗粒重力流动速度的重要因素之一。
三、影响重力流动特征的因素在管道流动过程中,影响颗粒重力流动特征的因素有很多,比如管道的截面形状、颗粒的密度、粘性、水平和垂直的管道长度、换向和阻塞等。
在实际的工业生产中,如何减少管道的阻力和避免颗粒的聚集和卡住是重要的工艺问题。
为了解决这些问题,一种常见的方法是通过改变管道的布局和设计来确保颗粒的均匀流动。
总之,颗粒在管道中的重力流动特征是管道设计和运输过程中的关键问题,理解颗粒在管道中的物理特性以及管道流动的基本原理对于流体力学的研究和工业生产的改善具有重要的意义。
单位内部认证催化高级考试(试卷编号1121)
单位内部认证催化高级考试(试卷编号1121)1.[单选题]当压力较低时,也就是( )时,压力对于液相石油馏分焓值的影响就可以忽略。
A)<10MPaB)<1MPaC)Pr<1D)Pr<10答案:C解析:2.[单选题]造成重整汽油的蒸汽压偏低的原因可能是( )。
A)汽油稳定塔底温度过低B)汽油稳定塔底循环量偏小C)汽油稳定塔的操作压力过低D)汽油稳定塔顶回流量过大答案:C解析:3.[单选题]下列选项中,关于顶循环油的密度,叙述正确的是( )。
A)大于粗汽油B)大于轻柴油C)小于粗汽油D)在0.9左右答案:A解析:4.[单选题]分馏塔顶油气分离器(),反应压力高而气压机人口压力低。
A)温度上升B)温度下降C)液面超低D)液面超高答案:D解析:5.[单选题]干气密封所指的“干气”是指( )。
A)瓦斯B)氮气C)氧气D)空气6.[单选题]沉降器旋风分离器出现故障会造成()。
A)反应压力高B)反应温度高C)沉降器料位上涨D)油浆固体含量高答案:D解析:7.[单选题]五块可倾瓦轴承共有五个油楔,使轴颈稳定在轴承( )。
A)左侧B)右侧C)上方D)中心答案:D解析:8.[单选题]干气密封属于()密封结构。
A)泵人式接触B)泵人式非接触C)抽空式接触D)抽空式非接触答案:B解析:9.[单选题]重整反应器内构件一般用的材质是( )。
A)高温钢B)耐腐蚀钢C)1Cr18Ni9TiD)碳钢答案:C解析:10.[单选题]不会造成离心式压缩机喘振的是( )。
A)压缩机入口流量过小B)压缩机入口压力低C)压缩机出口阀关闭过快D)压缩机入口温度高答案:D解析:A)舌形塔板B)筛孔塔板C)浮阀塔板D)人字挡板答案:D解析:12.[单选题]填料塔与板式塔的区别是( )。
A)传质方式相同B)提供汽液交换的场所相同C)板式塔是由一层层塔板组成,而填料塔是由一段段填料构成D)填料塔的压力降比板式塔大答案:C解析:13.[单选题]根据有机物分子中所含(,又分为烷、烯、炔、芳香烃和卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯等。
逆流变径耦合催化裂化提升管进料段内固含率及颗粒速度的径向分布
逆流变径耦合催化裂化提升管进料段内固含率及颗粒速度的径向分布边京;赵凤静;范怡平;卢春喜【摘要】优化现有的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段结构,将进料喷嘴倾斜向下与内径变化相耦合.通过大型冷模实验装置,考察了在逆流变径耦合催化裂化提升管进料段不同轴向高度,固含率和颗粒速度的径向分布及操作条件对其产生的影响,并分别与前人所用的同径结构内的分布结果进行比较.结果表明,与对应的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段同径结构相比,变径结构进料段内,射流控制区域范围约缩短45.2%,且变径结构进料段内局部固含率分布更加均匀,有利于油、剂两相均匀混合.在实验操作范围内,提高预提升气速和适当提高进料喷嘴气速可使催化剂颗粒在径向分布更加均匀.【期刊名称】《石油学报(石油加工)》【年(卷),期】2018(034)006【总页数】10页(P1117-1126)【关键词】催化裂化提升管;进料段;逆流变径;固含率;颗粒速度【作者】边京;赵凤静;范怡平;卢春喜【作者单位】中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室 ,北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TQ016流化催化裂化工艺在中国石油加工业中占据着重要的位置,提升管反应器是其核心设备之一。
在传统结构的进料混合段内,进料喷嘴斜向上30°~40°安装,原料油由喷嘴喷入并在短时间内与催化剂颗粒接触、混合发生反应,该进料区内油、剂之间的接触及混合状况将直接影响整个催化裂化反应的进程。
针对混合进料段内油、剂两相理想流动状况与实际流动状况存在的矛盾与差距[1-4],国内外学者们提出了不同的方案,旨在改进传统提升管进料段内的混合、流动情况。
钟孝湘等[5]、刘清华等[6]和吴文龙等[7]都提出了提升管内径变化的方案,结果表明,变径结构可以改变提升管内气-固两相流动状态,与传统同径提升管反应器相比,油、剂两相可实现更快速、均匀的混合。
提升管加床层反应器提升管段下行颗粒的分布及其对流动的影响
提升管加床层反应器提升管段下行颗粒的分布及其对流动的影响王德武;卢春喜;严超宇【摘要】在提升管加床层大型冷态实验装置上,采用PV-4A光纤速度仪测量了提升管段颗粒流动状况,考察了下行颗粒分布及其对流动的影响.结果表明,沿提升管轴向向上,在中下部的加速区和充分发展区,下行颗粒主要分布在无量纲半径r/R≥0.90的近壁区,下行颗粒分率主要受固/气比影响,大固/气比时的截面平均下行颗粒分率大于小固/气比时的截面平均下行颗粒分率;在出口约束区,下行颗粒主要分布区域扩大为r/R≥0.70,下行颗粒分率增加,且主要受出口约束阻力影响,随出口约束阻力增加而增大.从径向看,下行颗粒主要影响近壁区的颗粒速度,考虑下行颗粒影响后,充分发展区的截面平均颗粒速度约为未考虑时的0.8倍,在约束区和加速区较0.8倍略有增大.通过对实验数据的分析,得到了提升管段局部和截面平均颗粒速度在考虑下行颗粒前后的定量换算关联式.【期刊名称】《石油学报(石油加工)》【年(卷),期】2011(027)001【总页数】8页(P69-76)【关键词】耦合反应器;提升管加床层;提升管;下行颗粒;颗粒速度【作者】王德武;卢春喜;严超宇【作者单位】河北工业大学,化工学院,天津,300130;中国石油大学,重质油国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学,重质油国家重点实验室,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1;TQ052一些石油催化裂化技术,如重油深度催化裂化工艺(DCC-Ⅰ)[1-2]、多产异构烷烃的催化裂化工艺(MIP)[3-4]及催化裂化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺[5-6]等,其过程和操作特点为:(1)催化剂颗粒和油气需要进行较长时间的接触和反应;(2)催化剂颗粒在整个系统内进行连续的反应和再生。
针对上述特点,各工艺在反应器结构上均采取了下部提升管与上部流化床层耦合(简称“提升管加床层”)的型式。
提升管加床层反应器既满足了反应所需的时间和催化剂循环所需的压力平衡,又可通过分别调节提升管和床层操作实现对整个过程的灵活调控,因此得到了广泛的工业应用。
提升管CSVQS系统预汽提段颗粒速度和停留时间分布
提升管CSVQS系统预汽提段颗粒速度和停留时间分布赵爱红;鄂承林;王芬芬;卢春喜【摘要】在一套φ600 mm CSVQS的环流预汽提段冷态实验床装置上,在导流筒区气速为0.2 m·s−1和0.3 m·s−1,环隙区气速为0.03 m·s−1和0.07 m·s−1,汽提段气速为0和0.13 m·s−1时,考察了预汽提导流筒区和环隙区的颗粒速度分布,同时在上述条件下,根据提出的计算方法,考察了由提升管引入环流预汽提段颗粒的平均停留时间分布。
结果表明,在上述几种操作条件下,预汽提段均为中心气升式环流,汽提段气体大部分进入导流筒区。
在导流筒区气速相同时,在无汽提风时,导流筒区颗粒速度随环隙区气速的增加沿径向由陡峭分布转变为平缓分布;在有汽提风时,导流筒区颗粒速度径向分布随环隙区气速的变化很小。
在环隙区气速相同时,在有汽提风时,导流筒区颗粒速度随其气速的增加由平缓分布转变为陡峭分布;在无汽提风时,两种导流筒区气速下的颗粒速度径向分布均比较陡峭。
与导流筒区相比,环隙区颗粒速度径向分布几乎不随操作条件的不同而变化。
随着导流筒气速的增加或环隙气速的降低,颗粒平均停留时间分布变窄,质量分数降低;随着颗粒循环强度的增加,颗粒平均停留时间分布变窄;质量分数变化不一。
%Particle velocity distributions were investigated in draft tube and annulus region of aφ600 mm CSVQS cold-state setup under conditions of gas velocities at 0.2 and 0.3 m·s−1 in the draft tube, at 0.03 and 0.07 m·s−1 in the annulus region and 0 and 0.13 m·s−1 in the stripper. Mean residence time distribution of particles in the pre-tripper section was also calculated by the method proposed here. Experimental results demonstrated that gas flowed as center-airlifting circulation in the pre-stripper section and mostof the gas went into the draft tube under the above-stated operatingconditions. Under constant gas velocity in the draft tube and increased gas velocity in the annulus region, the radial velocity distribution of particles changed from steep to smooth without stripper wind whereas that distribution changed slightly with stripper wind. Under the same gas velocity in the annulus region and increased velocity in the draft tube, the radial velocity distribution of particles changed from smooth to steep without stripper wind whereas distribution remained quite steep with stripper wind under the two different velocities in the draft tube. Compared to that in the draft tube, the radial velocity distribution of particles in annulus region kept almost no change with varied operating conditions. When the gas velocity was increased in the draft tube or was decreased in the annulus section, the average residence time distribution of particles was narrowed and the mass fraction of particles was decreased. When the circulation strength of particles in the pre-stripper section was increased, the average residence time distribution of particles was narrowed but the mass fraction of particles was changed irregularly.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(067)008【总页数】11页(P3276-3286)【关键词】提升管;环流预汽提器;颗粒速度;停留时间分布;光纤探头;颗粒【作者】赵爱红;鄂承林;王芬芬;卢春喜【作者单位】中国石油大学北京重质油国家重点实验室,北京 102249;中国石油大学北京重质油国家重点实验室,北京 102249;中国石油大学北京重质油国家重点实验室,北京 102249;中国石油大学北京重质油国家重点实验室,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1提升管出口旋流快分系统是实现油剂高效分离、油气快速引出以及催化剂快速预汽提的重要设备[1]。
变径组合提升管浓相区颗粒流动特性
变径组合提升管浓相区颗粒流动特性魏晨光;王德武;吴广恒;丁春立;谢金朋;张少峰【摘要】The flow characteristics of dense phase in adjustable combined riser with the solids flux (Gs) ranging between 32.65 and 84.59 kg/(m2·s) and solid-gas ratio (Gs/(ρg·Ug)) ranging between 9.22 and 47.95 were investigated and compared with that in high density circulating fluidized bed and circulating turbulent fluidized bed in previous studies.The results showed that there all existed upward and downward particles at local position in dense phase.The local time-mean solids holdup and the particle back-mixing ratio increased,while the local particle velocity and the net solids mass flux decreased with the increase of r/R.The cross-sectional averaged solids holdup remained the same when Gs/(ρg· Ug) varied from 27 to 47.95,and the corresponding local time-mean particle velocity and the net particle solids mass flux were upward.Meanwhile,the dense phase became into a high-density status,at which the local flow characteristics of dense phase were similar to that in circulating turbulent fluidized bed and the cross-sectional average flow characteristics as well as the overall flow characteristics were similar to that in high-density circulating fluidized bed.%在颗粒循环强度(Gs)为32.65~84.59 kg/(m2·s)、固/气比(Gs/(ρg·Ug))为9.22~47.95的操作条件下,对变径组合提升管浓相区颗粒流动特性进行了实验研究,并与以往高密度循环流化床和循环湍动流化床对比.结果表明,变径组合提升管浓相区各局部位置均存在上行与下行颗粒;随着无因次半径增加,局部时均固含率和颗粒返混比增加,局部颗粒速度及颗粒质量净流率则降低.当Gs/(ρg·Ug)在27~47.95范围,各截面平均固含率基本不再随其变化而变化,变径组合提升管浓相区进入高密度操作状态,对应局部时均颗粒速度和颗粒质量净流率均向上.在高密度操作下,变径组合提升管在局部流动特性上与循环湍动流化床相近,在截面平均及浓相区整体流动特性上与高密度循环流化床相近.【期刊名称】《石油学报(石油加工)》【年(卷),期】2017(033)002【总页数】7页(P303-309)【关键词】高密度循环流化床;循环湍动流化床;变径提升管;流动特性;固/气比【作者】魏晨光;王德武;吴广恒;丁春立;谢金朋;张少峰【作者单位】河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1;TQ052高密度循环流化床(High-density circulating fluidized bed,HDCFB)因具有固、气通量大,颗粒浓度高且轴向分布相对均匀,局部颗粒质量净流率均向上,传质、传热效率高等优点,得到了广泛的重视[1-2]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
提升管预提升段内颗粒径向密度分布的特点范怡平 卢春喜 时铭显(石油大学机电工程系,北京102200) 摘要 在冷态试验的基础上通过理论分析,说明了在催化裂化提升管反应器预提升段内,混合加速区、均匀加速区、充分发展区分别可以看作是三维流场、二维流场及一维流场。
针对充分发展区提出了无量纲因数 表示径向密度分布的不均匀特征,并根据分析 的增减性,验证了采用增加气速、边壁注气、缩放形管技术可改善提升管径向密度分布的可行性。
主题词:提升管反应器 流体流动 流动性控制 众所周知,提升管内颗粒密度和速度的分布特征为:在轴向上,颗粒密度分布呈现由下到上逐渐减小的趋势,并可以将整个提升管分为底部密相区和顶部稀相区,而颗粒群的速度则是沿轴向由下至上逐渐增大;在径向上,其密度分布的特点则为边壁浓、中心稀的环-核结构。
形成这种分布状况的原因一直是人们关注的重点。
1 预提升段内颗粒相流动的特点文献[1]针对目前工业装置操作的实际特点,在气体线速2.25~5.1m/s、较高质量流速(38~215 kg/(m2・s))的情况下进行了研究。
通过对试验结果的分析可看到:提升管预提升段在其流动方向上可以分为混合加速区、均匀加速区和充分发展区。
在这三个区内,沿轴向颗粒速度逐渐增加,平均密度逐渐降低。
从连续方程和质量组分方程来看,这三个区内的流动特性是不同的。
当采用拟流体模型,在柱坐标下颗粒相的连续方程和质量组分方程[2]为:( (rv r)/r r+ v /r + v z/ z)+ / t=0(1)/ t+v r / r+v /r +v z / z=D j[ (r / r)/r r+ 2 /r2 2+ 2 / z2](2) 假定:(1)经过一段时间,流动趋于稳定,即 / t=0;(2)对于某一微元体而言,其内部气固两相混合物的总密度不随时间改变;(3)流场处于湍流状态,即v r=v-r+v′r,v =v- +v′ ,v z=v-z+v′z混合加速区:由于呈现明显的偏心结构,所以有 / ≠0;另外由于颗粒处于加速状态,即 v z/ z≠0。
根据连续方程,这个区间内应有宏观的径向流动速度v r和周向流动速度v 。
均匀加速区:此时偏心状况已经消失,浓度分布呈对称的环-核结构,可以认为 / =0;但此时颗粒仍处于加速状态,即 v z/ v≠0。
根据连续方程,此区域内必有宏观的径向流动速度v r。
充分发展区:在此区域内,由试验(图1给出了在U g= 4.3m/s,不同质量流速G g情况下平均密度沿提升管轴向的变化规律)可以看出,沿轴向床层的平均密度基本保持不变,所以可以认为 / z= 0。
另外,该区域内,径向不存在浓度分布的偏心状况,同均匀加速区一样,仍然呈对称的环-核结构,并且此时颗粒的加速过程已经完成,所以有: / =0, v z/ z=0。
由连续方程知,该区域内没有宏观的径向流动速度,但在径向上仍有随机的脉动速度v′r。
也就是在某一微元体内,在径向r的方向上有以脉动速度v′r的流体进出,但微元总质量保持不变。
综上所述,混合加速区是一个典型的三维流场,均匀加速区可认为是一个二维流场,而充分发展区则可看作是一维流场。
收稿日期:1999-01-11。
作者简介:范怡平,1989年考入西北大学化学工程系化工设备与机械专业;1993年至1996年在西安交通大学攻读化工流体机械专业的硕士学位;从1996年至今在石油大学(北京)机电工程系攻读博士学位。
石 油 炼 制 与 化 工1999年11月P ET RO L EU M PR OCESSIN G A N D P ET RO CHEM ICA LS第30卷第11期 图1 沿提升管高度平均密度分布1—G s =105k g/(m 2・s);2—G s =118kg/(m 2・s );3—G s =132kg /(m 2・s )2 预提升段充分发展区内径向颗粒密度分布的特性通过上面的讨论,对于充分发展区质量组分方程可以写作v ′r d /d r =D j (d 2 /d r 2+d /r d r )(3) 无量纲化:令r ~=r /R ,则r =r ~R ,d r =R d r ~,d r 2=R 2d r ~2,方程(3)可以化为v ′r d R d r ~=D j (d 2 R 2d r ~2+dR 2r ~d r~)(4)解方程(4)得d /d r ~=Ce r ~/r ~=C e /r~(5)式(5)反映了提升管充分发展区内颗粒密度沿径向的变化规律,其中C 是一个随该截面平均密度递增的正常数,而 =Rv ′r /D j , =Rv ′r r ~/D j 恰都是无因次的量。
可推导得到:∝R r ~k /D j L(6)其中,v ′r 表示r 向的湍流脉动速度,k 表示湍流动能的大小,L 为湍流尺度, 为弛豫时间。
和 的表达式均反映了在提升管内的气固两相流动中,存在着两种扩散势,一种是以径向脉动速度为推动力,另一种则以浓度差为推动力。
可以被称为径向密度分布影响系数,而 则可被称作径向密度分布不均匀系数。
由此看出,提升管内颗粒相密度的分布主要受管径、径向脉动动能及扩散系数的影响。
的值越大,颗粒相沿径向的密度分布越不均匀。
另外,在方程的推导过程中,尽管采用了无因次化,但是得到的结果仍与提升管的管径有关,而这正是流化床试验结果难以直接放大应用到工业装置的原因。
由于式(5)反映了提升管预提升段充分发展区内催化剂沿径向浓度分布的状况,即d /d r ~的值越大,则该处的密度分布曲线越陡,而d /d r ~的值越趋于零,则该处的密度分布越均匀。
令f (r ~)=d /d r ~=C e r~/r~求一阶导数考察其增减性:f (r ~)==C e r ~( r ~-1)/r ~2 当C e r ~和r ~2均大于零,只须讨论 r ~和1的大小关系。
一般 的分母D j 的值极小;除非在极靠近边壁处,v ′r 的量级在床内大多在0.1m /s 左右。
因此 r ~=rv ′r /D j 的值大于1,所以f (r ~)在大多数情况下大于零,即f (r ~)是一个递增函数。
随着径向位置r 的增大,沿径向密度分布曲线越来越陡。
关于这一点,与前人以及本试验的结果相一致。
在极其靠近提升管壁面处,此时由于极靠近壁面,所以脉动速度由于壁面的存在而急剧减小,逐渐趋于零,当rv ′r 的量级小于D j 的量级时,即( r ~/D j )<1时,此时f (r ~)为递减函数,即随着r ~值的增大,d /dr ~的分布曲线应是趋于平坦,催化剂颗粒沿径向的密度分布逐渐趋于均匀(由于这一部分的厚度很薄,受试验技术及条件的限制,尚未见有关这方面的文献发表)。
此区间可以称作两相流湍流边界层的层流内层。
与单相流体的湍流边界层的层流内层相类似。
图2(图上的点)给出了在某种操作条件下,某一截面的径向平均密度分布的试验结果。
由此结果通过多项式拟合,就可以求得 的表达式为: =45.9-0.569r ~+34.753r ~2+253.053r ~3-531.741r ~4+411.104r ~5(图上的细线)。
由此可算得r ~d d r ~与r ~的关系,并与式(5)比较,就可以拟合出式(5)中的两个常数:C =1.429、 = 6.409, = r ~。
由此可见, 随着r ~的增加而增大,也就是密度沿径向的变化越来越图2 提升管某截面的密度分布H =6.5m ;U =5.1m /s ;G s =11k g /m 2s57第11期 范怡平等.提升管预提升段内颗粒径向密度分布的特点 大,这与图2的试验结果相一致,说明 的值能反映径向浓度分布的不均匀程度。
3 改善径向密度分布的措施从上面的分析可以看到,d /d r~=C e /r~=C e r~/r~反映了提升管内颗粒相的密度分布。
所以,若想改其浓度分布,就要减小d /d r~的值。
在某一半径处,若想改变其分布状况,必须从减小C值和 值处入手:(1)由于d /d r~=C e /r~=C e r~/r~,所以C值直接影响到颗粒沿径向的密度分布,如前文所说,C值是一个随该截面平均浓度递增的正常数。
试验证实:气体线速的提高可使截面催化剂的平均密度下降,也就是使C下降,从而d /d r~的值减小,因此使得颗粒沿径向的密度分布更均匀些。
即:在同一颗粒循环率的情况下,气速的提高可以使整个截面的平均密度下降,从而使分布趋于平坦。
(2)边壁注气技术,边壁注气一方面使该截面的流通面积减小,相当于减小R值,另一方面边壁上气体的吹入可以使该截面的平均密度降低,从而降低了C值。
另外,颗粒相平均密度的降低将会使颗粒群的弛豫时间降低(这是因为颗粒群的驰豫时间 = -2.65 p d p(1+R e p0.667/6)-1/18 [3],在此处 是气相体积分率,由于边壁注气使注气处的气相体积分率增大,由该表达式可知 值将减小)从而 的值将变小。
因此使该截面的浓度分布得到改善。
在这方面,石油大学机电系孙国刚[4]等做了相应的工作。
(3)采用缩放形管,这是因为:气动参数在连续变化的情况下,在缩小段,直径R变小,减小了 的值,使该截面的密度分布变得均匀,而在扩大段,由于颗粒具有惯性,继续保持原有的运动趋势,在壁面和颗粒之间形成了一个气垫,从而改善了密度分布。
中国科学院化工冶金研究所的李静海[5]等曾做过这方面的工作,他将此解释为:截面的缩小段破坏了能量最小化的过程,扩大段内则是由于有惯性作用,使整个截面的密度分布得到改善。
4 结 论(1)根据试验结果,并通过理论分析,提升管预提升段在轴向上可分为混合加速区、均匀加速区、充分发展区。
混合加速区为三维流动区,均匀加速区可近似认为是两维流动区,而充分发展区则可看作是一维流动区域。
(2)在充分发展区内,无量纲因数 =Rv′r r~/D j 表示径向浓度分布的(不均匀)状况。
(3)根据分析 的增减性,采用增加气速、边壁注气、缩放形管技术可以改善提升管径向浓度的分布。
符号说明C——常数;D j——分子扩散系数,m2/s;d p——催化剂颗粒直径,m;R——提升管直径,m;R e——雷诺数;r——径向分量;t——时间,s;U g——气体线速,m/s;v——颗粒速度,m/s;z——轴向分量;——径向浓度分布不均匀系数;——径向密度分布影响系数;——周向分量;——颗粒相分密度,kg/m3;——粘性系数,Pa・s;——气相体积分率;——颗粒群的弛豫时间,s。
上标′——脉动;~——无量纲。
下标p——颗粒;r——径向分量;z——轴向分量;——周向分量。
参考文献1 范怡平,晁忠喜,卢春喜等.催化裂化提升管预提升段气固两相流动特性的研究.石油炼制与化工,1999,30(9):43~472 王启杰.对流传热与传质.西安:西安交通大学出版社,1985.25 3 陈俊武等.催化裂化工艺与工程.北京:中国石化出版社,1995.5394 孙国刚,李静海等.中国专利.98108512.19985 李静海,别如山,郭慕孙等.中国专利.91216163.9.199158 石 油 炼 制 与 化 工 1999年 第30卷 THE FEATURES OF RADIAL DENSITY DISTRIBUTIONOF PARTICLES IN RISER PRE -LIFT ZONEFan Yiping Lu Chunxi Shi M ingx ian(U niv er sity of Petr oleum ,Beij ing 1022007)Abstract Ex perimentsw hich taken acco unt on the actually operating co nditions o f the pre-liftzone in FCC reactors w er e carried o ut .The ex perim ental and the theoretical analysis results demonstrated that the m ixed accelerate zone,the unifo rm accelerate zone and the fully developed zone can be treated as a one-dimension flow ,a tw o-dimension flo w and a three-dim ensio n flow respectiv ely.A dim ensionless pa-rameter to state the non-uniformity o f the radial density distribution,and the probability of impr oving the radial density distribution by m eans of increasing the gas velocity ,injecting g as from the w all and using a diam eter-changed riser w ere presented.Key Words :riser line reacto r ,fluid flo w ,m obility co ntrol59第11期 范怡平等.提升管预提升段内颗粒径向密度分布的特点 。