(录用定稿)网络首发时间:2019-09-17 13:23:22

扭曲片强化裂解炉管多尺度混合特性分析

通过耦合丙烷裂解自由基动力学,对装有扭曲片的裂解炉管中的反应流体进行了模拟计算,深入分析了不同尺度的混合特性与结焦速率及产物分布之间的相互作用。计算结果表明,相比于空炉管,扭曲片强化炉管虽然多付出5.31%的压力损失,但在扭曲片下游轴向位置(Z)与总长度(L)之比(Z/L)为0.228截面处湍动能提高39.6%,全管平均特征微观混合时间仅为空炉管时对应值的1.72%,表明扭曲片对裂解过程有较好的介观和和微观混合强化作用。该混合强化作用提高了管内场分布协同性,使得努赛尔准数(Nu)和史伍德准数(Sh)分别提高7.50%和2.34%,烯烃收率上升5.88%,管壁平均温度下降24.01K。旋流产生的径向分速度提高了近壁区湍动程度,使得扭曲片强化炉管径向距离(r)与炉管半径(R)之比(r/R)0.993处的流体停留时间比空管时的对应值降低53.01%,缓解了近壁高温区流体的过度裂解结焦。此外,扭曲片强化炉管微观尺度上的混合强化促使管内达到分子尺度均匀的反应区域比空炉管增大了5.29%,解释了烯烃收率提高的原因。

国家自然科学基金(2012CB720501);

裂解炉管; 过程强化; 多尺度混合; 抑制结焦;

10.14135/j.cnki.1006-3080.20190315003

TQ221.211;TQ052.6

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