مدل‌سازی جریان سه‌فازی گاز- مایع- جامد راکتور بالارونده FCC

Abstract

شکست کاتالیستی سیال (FCC)، فرایندی برای تبدیل برش‌های سنگین نفت به محصولات با ارزش می‌باشد. در تحقیق حاضر، شبیه‌سازی CFD هیدرودینامیک و انتقال حرارت راکتور استوانه‌ای بالارونده سه فازی (گاز- مایع- جامد) فرایند FCC با در نظر گرفتن تبخیر قطرات مایع انجام شده است. به‌دلیل عدم تقارن ورودی، بخار، ذرات کاتالیست و قطرات خوراک اتمایز شده به‌صورت سه‌بعدی مدل‌سازی شده است. برای مدل‌سازی فاز گاز و ذرات کاتالیست از دیدگاه اولری شامل معادلات پیوستگی، مومنتوم، بقای اجزاء شیمیایی و انتقال حرارت برای هر دو فاز گاز- جامد و معادله دمای دانه‌ای برای ذرات کاتالیست استفاده شده است. هیدرودینامیک، انتقال حرارت و انتقال جرم (تبخیر قطرات) خوراک تزریق شده به راکتور بالارونده نیز با استفاده از دیدگاه لاگرانژی مدل‌سازی شده و نتایج شبیه‌سازی هیدرودینامیکی راکتور بالارونده با استفاده از داده‌های تجربی موجود معتبرسازی شده است. مقایسه مقادیر سرعت دو فاز گاز- جامد حاصل از نتایج مدل با داده‌های تجربی تطابق خوبی را نشان می‌دهد. نتایج مدل‌سازی جریان سه‌فازی، شامل میدان جریان، کسر حجمی هر فاز،تغییرات دمایی برای هر دو فاز گاز و ذرات کاتالیست و همچنین تغییرات اندازه و دمای قطرات خوراک اتمایز شده در راکتور بالارونده به‌دست آمده است. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد زمان گرم شدن قطرات مایع، متناسب با قطر اولیه آنها می‌باشد و نیز عمل انتقال حرارت به قطرات مایع سریع بوده و این مرحله عامل محدود کننده در عملکرد راکتور بالارونده نمی‌باشد. در مرحله گرم شدن و تبخیر قطرات، مقدار بسیار کمی از جرم قطره تبخیر می‌شود و پس از رسیدن قطره به دمای نقطه جوش، قطر قطرات با شدت کاهش پیدا می‌کنند و کل قطره مایع در کسری از طول راکتور بالارونده تبخیر می‌شود. همچنین در این تحقیق رابطه‌ای برای زمان تبخیر کامل قطرات مایع توسعه داده شده است