【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油化工领域，更具体涉及一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法。
技术介绍
1、烷烃脱氢工艺包括长链烷烃脱氢工艺和低碳烷烃脱氢工艺，通常在氢气的存在下，脱氢反应在轴向或径向活塞流绝热反应器中进行，直链烷烃在以氧化铝或沸石为载体的铂催化剂上发生脱氢反应生成直链单烯烃。脱氢反应过程伴随着异构化、裂化、二聚化等副反应。气体在反应器内的流速分布和压力分布会影响到脱氢反应的转化率和选择性，因此研究烷烃和氢气在反应器内的流体力学行为有较高的工业应用价值，也可以为脱氢装置的改进提供参考依据。
2、径向流动反应器是一种反应物沿径向穿过催化床的气固催化反应器，一般由中心流道、环形催化剂床层及环形流道构成，流体从中心管道(或环形管道)沿轴向进入反应器，沿轴向流动的同时，沿径向流动，穿过环形催化剂层，汇入环形管道(或中心管道)沿轴向同一端或另一端流出反应器。与轴向流动反应器相比，径向流动反应器具有流通面积大、流速低、流程短、床层压降低的特点。
3、目前径向流动反应器已广泛应用于石油化工、化学合成、能源、环境等领域，获得了良好的使用效果。经过多年的研究和生产实践，人们对径向反应器内的流体流动、气体分布、传热、传质、稳定性和操作控制等规律的认识不断深化，认为其性能主要取决于流体沿催化床轴向的分布，如果流体分布不均匀将影响床层温度分布、浓度分布和反应器的稳定性，也会影响反应转化率和选择性。因此对反应器的流体力学研究是其设计的基础和关键。
4、2016年，江洪波等发表了双环径向反应器的一维流动模型，用基于
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于公开一种由修正的动量方程、ergun方程、连续性方程，推导工业脱氢反应器流动模型，模拟反应物流在主流道和催化剂床层的流体力学行为，采用数值算法对双环径向反应器的数学模型进行求解的工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，基于一种双环径向反应器，该反应器围绕中心管从内向外同轴依次设置有内环隙和外环隙，当物料从反应器的内环隙流道沿轴向进入反应器时，在内环隙中流体沿径向分成两股流体，一部分流体沿径向流经外侧催化剂床层，沿外环隙流道流出；另一部分沿径向流经内侧催化剂床层，沿中心管道流出，最终两部分流体汇合后流出反应器，包括以下步骤，
3、步骤1，向程序中输入双环径向反应器的结构参数和反应器进料参数；
4、步骤2，根据双环径向反应器的结构参数确定轴向和径向的网格数量，初始化床层压力场；
5、步骤3，计算内外侧催化剂床层压力及速度场；
6、步骤3.1，根据压力初场，通过ergun方程描述床层气相的压力场和速度场，并计算二维速度场；
7、步骤3.2，判断二维速度场是否满足连续性方程残差的要求，若满足则跳到步骤4，如未满足要求则根据速度场，通过求解有限差分线性方程组，得到压力矫正场，更新压力场，返回步骤3.1；
8、步骤4，根据催化剂床层进出口边界处的气体线速度，根据流量守恒计算流道的速度分布；
9、步骤5，根据流道速度分布，通过流道的动量方程计算流道压力分布，通过布气孔压降公式求出过孔压降；
10、步骤6，由流道压力分布和过孔压降计算床层进出口边界处压力，调整边界条件；并对边界调整幅度是否达到精度进行判断，若未达到，则返回步骤3，若达到要求，则计算压降和轴向布气均匀度。
11、作为本专利技术的进一步改进，所述双环径向反应器内部的物料流动时，修正动量方程为：
12、
13、式中±项，在集流流动时取－，分流流动时取+；
14、p为流道内的压力；z为与流道流动方向一致的轴向坐标；k为动量交换系数；u为流道中的气体流速；λ为气体流动摩擦阻力系数；ρg为气体密度；de为流道的水力学直径；下标i的取值，0代表内环隙流道，1代表外环隙流道，2代表中心管流道；ki值是动量交换系数；当i＝0时，表示流体在内环隙流道中的流动，为分流流动，
15、
16、当i＝1或2时，表示流体在外环隙、中心管流道中的流动，为集流流动，
17、
18、作为本专利技术的进一步改进，气体流动摩擦阻力系数λ的求取公式为：
19、
20、其中，re为雷诺数。
21、作为本专利技术的进一步改进，布气过孔压降的表达式是：
22、
23、其中，ξ为过孔阻力系数；ω为气体过孔速度；
24、
25、
26、其中f是与布气管壁厚和孔径有关的校正系数，其公式为，
27、
28、气体过孔速度表达式为：
29、
30、其中为流道开孔率；f为流道的截面积。
31、作为本专利技术的进一步改进，在催化剂床层中，气体通过催化剂床层的阻力引起气体压力的变化，所述步骤3.1中，床层中的压力场和速度场具体可由下式描述：
32、
33、
34、
35、
36、
37、
38、pbi为内侧催化剂床层压力；vbi为内侧催化剂床层径向速度；ubi为内侧催化剂床层轴向速度；pbo为外侧催化剂床层压力；vbo为外侧催化剂床层径向速度；ubo为外侧催化剂床层轴向速度；α，β为与床层颗粒性质有dp为催化剂颗粒直径；ε为颗粒床层孔隙率；μ为气体粘度；r为反应器径向坐标。
39、作为本专利技术的进一步改进，所述(13)和(14)转化为数学模型为：
40、
41、
42、
43、
44、作为本专利技术的进一步改进，对于径向反应器的催化剂床层边界不能用固定边界，故在边界处存在径向气流，轴向也由于压力梯度而存在轴向气流，故模型的边界条件是：首先，在固定边界处，流体遵守壁面无滑移条件，而且压力梯度是零：
45、
46、其次，在开孔区域，利用ergun方程计算催化剂床层边界的压力降来决定边界条件：
47、
48、
49、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤6中，流场的精确值为u，v，p；迭代初场为u*，v*，p*；校正场为u′，v′，p′；
50、则有：u′＝u-u*，v′本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，基于一种双环径向反应器，该反应器围绕中心管从内向外同轴依次设置有内环隙和外环隙，当物料从反应器的内环隙流道沿轴向进入反应器时，在内环隙中流体沿径向分成两股流体，一部分流体沿径向流经外侧催化剂床层，沿外环隙流道流出；另一部分沿径向流经内侧催化剂床层，沿中心管道流出，最终两部分流体汇合后流出反应器，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，所述双环径向反应器内部的物料流动时，修正动量方程为：
3.根据权利要求2所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，气体流动摩擦阻力系数λ的求取公式为：
4.根据权利要求2所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，布气过孔压降的表达式是：
5.根据权利要求1所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，在催化剂床层中，气体通过催化剂床层的阻力引起气体压力的变化，所述步骤3.1中，床层中的压力场和速度场具体可由下式描述：
6.
7.根据权利要求5所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，对于径向反应器的催化剂床层边界不能用固定边界，故在边界处存在径向气流，轴向也由于压力梯度而存在轴向气流，故模型的边界条件是：
8.根据权利要求5所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，所述步骤6中，流场的精确值为u，v，P；迭代初场为u*，v*，P*；校正场为u′，v′，P′；
9.根据权利要求1所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，所述步骤6中，采用交错网格离散流场的控制方程。
10.根据权利要求1所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，所述步骤6中的轴向布气均匀度具体通过以下得到：
...【技术特征摘要】
1.一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，基于一种双环径向反应器，该反应器围绕中心管从内向外同轴依次设置有内环隙和外环隙，当物料从反应器的内环隙流道沿轴向进入反应器时，在内环隙中流体沿径向分成两股流体，一部分流体沿径向流经外侧催化剂床层，沿外环隙流道流出；另一部分沿径向流经内侧催化剂床层，沿中心管道流出，最终两部分流体汇合后流出反应器，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，所述双环径向反应器内部的物料流动时，修正动量方程为：
3.根据权利要求2所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，气体流动摩擦阻力系数λ的求取公式为：
4.根据权利要求2所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，布气过孔压降的表达式是：
5.根据权利要求1所述的一种工业脱氢双环径向反应器流动模型建模方法，其特征在于，在催化剂床层中，气体通过催化剂床层的阻力引起气体压力...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐圆圆，曹宁，谢磊，董喜恩，耿祖豹，顾文忠，舒稳强，王富城，曹晶，王玉，杨宗贤，许振冲，于经纬，张昊，夏雷，陈昊，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，
类型：发明
国别省市：
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