催化裂化催化剂喷雾干燥过程CFD模型

基础研究

石油炼制与化工

PETROLEUM PROCESSING AND PETROCHEMICALS

2019年3月

第50卷第3期

收稿日期：2018-06-05；修改稿收到日期：2018-10-10。

作者简介：秦娅，博士，高级工程师，主要从事化学工程与工艺

方面的研究工作。

通讯联系人：秦娅，E-mail：q in y a.ri pp＠sino p https://www.360docs.net/doc/272739164.html,。

催化裂化催化剂喷雾干燥过程CFD模型

秦娅，吕庐峰，侯栓弟

（中国石化石油化工科学研究院，北京100083）

摘要：基于气固两相流理论，结合催化裂化催化剂喷雾干燥过程的特点，运用欧拉-拉格朗日（Eulerian-

La g ran g ian）模型，建立喷雾干燥塔两相流计算流体力学（CFD）模型，对制备催化裂化催化剂的喷雾干燥塔内气浆两相流动量、质量和热量传递过程进行数值模拟计算。通过模拟计算结果分析，可以得到喷雾干燥塔内流速分布、温度分布以及颗粒运行轨迹等信息，从而对塔内流场信息进行可视化。将模拟结果与中型喷雾干燥塔实验数据进行对比，结果表明二者趋势一致，出口温度误差在10％以内，证明所建模型可靠，可用于喷雾干燥过程的模拟。

关键词：喷雾干燥催化裂化催化剂欧拉-拉格朗日数值模拟

喷雾干燥是将原料液在干燥塔内用雾化器分散为雾滴，与进入塔内的热空气（或其他气体）直接接触而获得粉粒状产品的一种干燥过程。催化裂化（FCC）催化剂制备过程中，喷雾干燥塔是整个喷雾干燥系统的核心。而现有喷雾干燥操作过程中存在一些问题，如催化剂产品球形度差（空心、异形、粘连）；颗粒粒径分布范围较国外催化剂产品更宽；喷雾干燥塔多采用侧面出风口设计，极易存在流场分布不均而引起粘壁等问题。若喷雾干燥塔未在最佳状态下操作，则在催化剂制备过程中生产的FCC催化剂产品性能在不同批次原料的操作时段不尽相同，会导致FCC 催化剂产品均一性差，严重影响FCC催化剂产品品质。

喷雾干燥过程是一个十分复杂的流动、传热、传质与化学反应的过程，机理中有许多方面迄今尚未被认识和理解。由于操作工况的限制，喷雾干燥塔内流场参数和各种热力学参数一直无法直接获取，目前喷雾干燥的设计大多依据小型装置的实验结果进行放大，现有喷雾干燥模型亦多为半经验模型，使得实际设计的喷雾干燥塔总有诸多问题，限制了喷雾干燥装置的进一步改进和大型化设计。随着计算机技术和计算流体力学（Com p utational Fluid D y namics，CFD）的发展，CFD模拟技术以其速度快、成本低、能够提供全流场流动细节等特点已成为化工过程研究与设计并行不悖的新方法。CFD是一种描述多相流动系统流体动力学和传递行为的重要手段。基本思想可归纳为：将原来在时间域及空间域上连续的物理量场（如速度场和压力场），用一系列有限个离散点上变量值的集合代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上变量间关系的代数方程组，然后求解代数方程组，从而获得场变量的近似值。随着计算机技术的提高和软件业的发展，喷雾干燥数学模拟可行性极大提高［1-5］。然而，通过文献调研发现［6-11］，喷雾干燥模拟方面的文献多为食品、制药领域或小型喷雾干燥塔的计算，关于催化剂制备中大型喷雾干燥塔模拟计算方面的研究报道极少［12］。本研究基于气固两相流理论和CFD 知识，结合催化裂化催化剂喷雾干燥过程的特点，运用欧拉-拉格朗日（Eulerian-La g ran g ian）模型，建立喷雾干燥塔两相流CFD模型，对制备FCC催化剂的喷雾干燥塔内气浆两相流动量、质量和热量传递过程进行数值模拟计算。

1模型建立

采用CFD软件，对喷雾干燥塔中型及工业装置进行多相CFD计算。目前用于多相流研究的模型主要有：Eulerian-Eulerian模型；Eulerian-La g ran g ian 模型；Volume of Fluid模型；混合模型。

喷雾干燥过程是浆料液滴与热空气接触，不

万方数据