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記事執筆 石化分野における流動層シミュレーションツール「barracuda」の事例紹介 触媒分解は石油精製プロセスの一つであり、熱と触媒の作用によって重質油を分解反応させ、分解ガスやガソリン、ディーゼルなどに変換するプロセスです。製油所の核心的な処理装置として、触媒クラッキング設備もますます多くの課題に直面している。ますます厳しくなる環境保護基準は、主にガソリンの規格向上によるオレフィンや硫黄含有量への要求、および排ガス排出量の制限です；製品需要の構成比の変化、例えば市場におけるディーゼルの需要比率と量の増加、いわゆるディーゼル化の傾向です。これらは、既存の触媒裂化装置および触媒裂化のさらなる発展に大きな影響を与えている。また、触媒クラッキングガソリンおよびディーゼルの硫黄含有量を効果的に低減する新しい方法を採用するだけでなく、さまざまな技術のコストも考慮しなければならない。 我が国の触媒裂化が直面する問題：（1）我が国のFCC単セットの平均能力が小さい（2）装置のエネルギー消費量が高い；（3）FCC触媒の開発水準は低い；（4）我が国のFCC装置の稼働サイクルは短い。これも我が国と海外の触媒裂解技術の主な差異です。 現在直面している上記の問題に対しては、適切な工程と工程装置を用いて解決する必要がある。科学的かつ合理的な工程プロセスと高度な技術を備えた加工設備によって、石炭の高度な加工利用価値や石炭製品の生産率が向上するだけでなく、石炭の加工過程で周辺の生態環境に与える破壊や影響も大幅に軽減される。流動層技術は、熱移動および物質移動の速度が高く、反応速度も速いという特徴から、エネルギー工学分野、特に石炭化学などの処理プロセスで広く利用されている。初期の流動層化技術の研究開発は、主に経験的計算と試験によって行われていた。しかし、コンピュータ技術と数値シミュレーション手法の急速な発展に伴い、人々は経験や実験によるアプローチにますます満足しなくなり、代わりにプロセスを記述するさまざまな微分方程式から出発して、実際の流動層工学における各種の熱伝達、物質移動、化学反応のメカニズムや法則をシミュレートしようと試みている。これを基にして流動層装置の全体的な特性を分析・予測し、工学設計や最適化などに理論的根拠や指針を提供しているのである。 数値シミュレーションは、流動層装置の研究における有力なツールとして、開発期間を短縮し研究費用を節約するだけでなく、実験条件や試験技術の制限によって実験では得られないマクロ的・微視的な情報も得ることができる。Barracudaは、粒子・流体の流動や化学反応をシミュレーションするために特化した、有名な商用数値シミュレーションソフトウェアです。 CPFDは、Eulerian–Lagrangianフレームワークに基づいて粒子系多相流をシミュレーションするものである。粒子体積分率の空間的勾配を用いることで、Eulerian–Eulerianモデルは密な粒子流の近傍における粒子間応力をシミュレートできるが、粒子の種類やサイズ分布を考慮すると、各種類・各サイズの固相に対して連続方程式と運動量方程式を解く必要があるため、連続方程式は極めて複雑になる。オイラー・ラグランジュモデルは、粒子多相流を解くための比較的効率的な方法であり、幅広い種類の粒子やそのサイズ、速度などを考慮することができる。それでも、粒子体積分率が高い場合、粒子間の衝突頻度は極めて高くなり、真の意味でのラグランジアン法による衝突計算も非現実的である。 CPFD技術はMP-PIC（multiphase particle-in-cell）法を参考にしており、粒子相に対して二重の処理方法を用いている。すなわち、粒子は連続体としても、離散体としても扱われるのである。粒子応力勾配（密な粒子流では各粒子ごとに計算するのが困難）を流体メッシュ上の勾配として処理し、それを離散的な粒子集合体上に補間する；一方、粒子相のその他の特性は、離散した粒子の位置で計算される。CPFDは、計算速度が高く、全体的および局所的な保存則を保証できる補間演算子を定義している。このように、CPFD法は、応力計算のために格子上での粒子法が必要とする、計算量の多い暗黙的解への依存を排除する；さらに重要なのは、粒子相と流体相が暗黙的に結合することで、希薄から密なあらゆる粒子体積分率を持つ粒子－流体系の解析計算が可能となり、設計者に信頼性の高い数値解を提供する点である。 ——ユーザーが任意に粒子サイズ分布を定義可能 ——制限のない粒子および気体成分 ——質量、運動量、エネルギーの完全な保存、流体と粒子の運動量の密接な結合（完全陰的解法） ——粒子応力テンソル；粒子間衝突；粒子–壁面反射の適用事例は添付ファイルに記載されており、FCC再生、壁面摩耗、温度および反応物・生成物の濃度分布の計算などが含まれます。リンク: https://pan.baidu.com/s/1cAe6Ou パスワード: n7cw https://pic1.zhimg.com/v2-e74780ee268613833017dde605cb5758_b.png