Thread Content
Artikel: Erfahrungsbericht zum Flussbett-Simulationswerkzeug Barracuda im Bereich der Petrochemie. Die katalytische Kracking-Technik ist einer der Prozesse bei der Erdölverarbeitung. Dabei werden schwere Öle unter Einwirkung von Wärme und Katalysatoren zersetzt, wodurch Krackgas, Benzin und Diesel entstehen. Als zentrales Verarbeitungsgerät in Raffinerien steht auch die katalytische Krackanlage vor immer mehr Herausforderungen. Die stetig strengeren Umweltvorschriften betreffen hauptsächlich die Anforderungen an die Qualität des Benzins – insbesondere was den Gehalt an Olefinen und Schwefel sowie die Emissionen von Abgasen angeht ； Veränderungen im Verhältnis der Nachfrage nach den Produkten, wie beispielsweise ein Anstieg des Marktbedarfs an Diesel in Bezug auf Menge und Anteil – das sogenannte Dieselisierungs-Trend. All das hat einen erheblichen Einfluss auf die bestehenden Katalytischen Krackungsanlagen sowie auf die weitere Entwicklung der Katalytischen Kracking-Technologie. Außerdem muss man neben der Anwendung neuer, wirksamer Methoden zur Reduzierung des Schwefelgehalts in Benzin und Diesel auch die Kosten verschiedener Technologien berücksichtigen. Probleme der Katalytischen Kracking-Technologie in unserem Land: (1) Die durchschnittliche Kapazität einer FCC-Anlage in unserem Land ist gering. (2) Die Energieverbrauch der Anlagen ist hoch ； (3) Das Entwicklungsniveau der FCC-Katalysatoren ist nicht hoch ； (4) Die Inbetriebnahmephase der FCC-Anlagen in unserem Land ist kurz. Das ist auch der Hauptunterschied zwischen unserer und der ausländischen Katalytischen Krackungstechnologie. Zur Bewältigung der oben genannten Probleme sind entsprechende Verarbeitungsverfahren sowie Ausrüstungen erforderlich. Wissenschaftlich fundierte Prozessabläufe sowie technologisch fortschrittliche Ausrüstungen können nicht nur den Wert der tiefen Verarbeitung von Kohle sowie die Ertragsrate der aus Kohle hergestellten Produkte erhöhen, sondern auch die Schäden und Auswirkungen auf die umliegende Umwelt während der Kohleverarbeitung erheblich verringern. Die Fluidisierungstechnik wird aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeiten bei der Wärme- und Stoffübertragung sowie der schnellen Reaktionsgeschwindigkeit weitgehend im Bereich der Energietechnik eingesetzt, insbesondere in Verarbeitungsprozessen wie der Kohlechemie. Die frühen Forschungen und Entwicklungen im Bereich der Fluidisierung basierten hauptsächlich auf empirischen Berechnungen und Versuchstests. Doch mit der rasanten Entwicklung der Computertechnologie und der numerischen Simulationsmethoden sind die Menschen zunehmend unzufrieden mit den methodischen Ansätzen, die auf Erfahrung und Experimenten beruhen. Stattdessen versucht man, ausgehend von den verschiedenen Differentialgleichungen, die die Prozesse beschreiben, die Mechanismen und Gesetzmäßigkeiten der Wärme- und Stoffübertragung sowie chemischer Reaktionen in realen Fluidisierungsanlagen zu simulieren. Auf dieser Grundlage können die Gesamteigenschaften der Fluidisierungsanlagen analysiert und vorhergesagt werden, was wiederum eine theoretische Grundlage sowie Anleitung für die Konstruktion und Optimierung solcher Anlagen bietet. Die numerische Simulation als leistungsstarkes Werkzeug zur Untersuchung von Fluidisierungsanlagen kann nicht nur die Entwicklungszeit verkürzen und Forschungskosten sparen, sondern auch makroskopische und mikroskopische Informationen liefern, die aufgrund von experimentellen Bedingungen oder Beschränkungen der Prüftechniken in Experimenten nicht erlangt werden können. Barracuda ist eine bekannte kommerzielle numerische Simulationssoftware, die speziell zur Simulation von Partikel-Flüssigkeitsströmungen sowie chemischen Reaktionen eingesetzt wird. CPFD simuliert Strömungen von Teilchenkörpern im Mehrphasenbereich auf der Grundlage des Eulerian-Lagrangian-Frameworks. Obwohl das Eulerian-Eulerian-Modell durch den räumlichen Gradienten des Volumenanteils der Partikel die Spannungen zwischen den Partikeln in der Nähe von dichten Partikelströmen simulieren kann, wird die Kontinuitätsgleichung bei Berücksichtigung der Art und der Größenverteilung der Partikel äußerst komplex, da für jede Art und jeden Größenordnung der festen Phase sowohl die Kontinuitätsgleichung als auch die Impulsgleichung gelöst werden müssen. Das Euler-Lagrange-Modell ist eine kostengünstige Methode zur Lösung von Problemen im Bereich der multiphasigen Strömungen von Partikeln. Es berücksichtigt ein breites Spektrum an Partikeltypen, -größen und -Geschwindigkeiten. Dennoch ist bei einem hohen Volumenanteil der Partikel die Kollisionsfrequenz zwischen den Partikeln äußerst hoch, wodurch es unrealistisch ist, die Kollisionen mithilfe einer echten Lagrange’schen Methode zu berechnen. Die CPFD-Technik nutzt die MP-PIC-Methode (multiphase particle-in-cell), wobei die Partikelphase auf zweifache Weise behandelt wird: Die Partikel werden sowohl als kontinuierliches Medium als auch als diskrete Elemente betrachtet. Der Partikelstressgradient – der in einem dichten Partikelstrom schwer für jede einzelne Partikel berechnet werden kann – wird in einen Gradienten auf dem Fluidgitter umgewandelt und anschließend auf die diskreten Partikel interpoliert ； Die anderen Eigenschaften der Kornphase werden hingegen an den Positionen der diskreten Körner berechnet. CPFD definiert einen Interpolationsoperator, der eine hohe Rechengeschwindigkeit aufweist und gleichzeitig die globale sowie lokale Erhaltung gewährleisten kann. Auf diese Weise beseitigt die CPFD-Methode die Abhängigkeit von impliziten Lösungen, die hohe Rechenaufwände erfordern – wie sie beim Partikelverfahren auf dem Gitter für die Berechnung der Kräfte notwendig sind ； Noch wichtiger ist, dass die partikuläre Phase und die fluidische Phase implizit miteinander gekoppelt sind, wodurch Berechnungen für Partikel-Flüssigkeitssysteme mit jedem möglichen Volumenanteil an Partikeln – von dünn verteilt bis dicht gepackt – durchgeführt werden können. Dadurch erhalten die Entwerfer eine numerische Lösung mit hervorragender Robustheit. ——Der Benutzer kann die Verteilung der Partikelgrößen frei definieren – es gibt keine Beschränkungen bezüglich der Anzahl der Partikel sowie der gasförmigen Stoffe. Es gilt eine vollständige Erhaltung von Masse, Impuls und Energie. Der Impuls des Fluids und der Partikel ist eng miteinander verbunden (vollständig implizit). Zudem existiert ein Spannungstensor für die Partikel ； Korn-zu-Korn-Kollisionen ； Beispiele für die Anwendung der Partikel-Wandreflexion finden Sie im Anhang, einschließlich der FCC-Regeneration, des Wandverschleißes sowie der Berechnung der Konzentrationsverteilungen von Reaktanten und Produkten. Link: https://pan.baidu.com/s/1cAe6Ou Passwort: n7cw https://pic1.zhimg.com/v2-e74780ee268613833017dde605cb5758_b.png