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)鍵的工藝設備之一，對其操作過程進行數(shù)學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)學模型求解困難。計算流體力學(ComputationalFluidDynamics，CFD)可以對這些復雜流體的流動進行詳細的數(shù)值計算。它綜合了計算數(shù)學、計算機科學

2、、流體力學、科學可視化等多種學科，為現(xiàn)代科學中許多復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)對裂解爐輻射室進行數(shù)值模擬與分析。 管式加熱爐內(nèi)部爐管的裂解反應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管內(nèi)的反應過程和輻射室內(nèi)的熱傳遞過程為對象，通過計算機進行了數(shù)學模擬與分析。本文主要進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)學模型并確定了模型中的參數(shù)。利用所建立的數(shù)學模型，分別研究了進料溫度、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)進行了模擬計算。實例結(jié)果表明，本文建立的數(shù)學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。這些對于指導實際生產(chǎn)操作以及進一步對工業(yè)裂解爐的優(yōu)化設計提供了參考依據(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對裂解爐輻射段進行幾何建模，采取分塊結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化自適應網(wǎng)格，對火嘴周圍進行網(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軟件對上述方程進行數(shù)值求解。計算得到裂解爐內(nèi)部流場、溫度場以