醋酸乙烯反应器管外冷却介质流动模拟.pdf

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1、圜西盈l◆鬻鬓露鬻霪鬻豢震鬟熏蒸黧囊黧麓麓囊麟麟鬟醋酸乙烯反应器管外冷却介质流动模拟曹晓丽(南京龙源环保有限公司设计中心，江苏南京210012)FluidDynamicsCharacteristicsintheshellsideofVACtubularFixed-bedReactorCaoXiaoli(DesignCenter，NanjingLongYuanEnvironmentalCO．LTD，Nanjing210012，China)摘要：针对醋酸乙烯工业反应器，分析管外冷却介质流动特性，为工艺流程的优化提供参考。建立反应器管

2、外流体空间数值模型，模拟湍流稳态流动特性，分析流体速度分布。研究结果表明，流体经过分布板管板间隙的速度值远大于管外速度，且速度值基本一致；反应器中心区域附近管外流体流速较小，壁面附近流速较大；流体经过分布板后，中心与近壁面处流速差别减小，流速分布趋于均匀，利于管外流体均匀传热；说明三块分布板及列管中心距的合理设置利于管外冷却介质的均匀分布。关键词：醋酸乙烯反应器；管外；冷却介质；流动特性；CFDAbstract：ThefluiddynamicsCharacteristicsanalysisintheVACtubularFixed

3、—bedReactor，whichprovidesreferenceforprocess．ReactornumericalmodelisbuilttOsimulatefluidturbu—lence，analyzingfluidvelocity．Thesimulationresultsshowthat，fluidvelocityisalmostsameondistributionplateandvelocityisbiggerthanshellside，settingpropergapbetweenplateandtubeisb

4、enefitforfluiddistribution；fluidvelocityintheshellsideismuchmoreuniformasthreeproperdistributionplatessetting．Keywords：VACtubularfixed——bedreactor；outsideofpipes；fluiddynamicscharacteristics；CFD．醋酸乙烯反应器以醋酸和乙炔气体为原料，以醋酸锌／活性炭为催化剂，在平行流列管式固定床反应器中生成醋酸乙烯，该反应为强放热反应，反应气体在列管内自

5、上而下流动并进行化学反应，管外冷却介质将反应放出的热量吸收，维持反应温度恒定，加快反应速率。若反应器设计不合理，引起管外流体径向速度分布不均匀、径向温差过大，列管内反应热不能被管外流体迅速吸收，会降低反应速率。目前，醋酸乙烯反应器管外流体流动的研究，大多建立在计算公式及实验分析上”。1，本文拟通过醋酸乙烯反应器管外冷却介质流动的数值模拟分析，研究管外冷却介质的流速分布及压力分布，改善传热效果，为工艺优化提供参考。1醋酸乙烯反应器结构及物理模型醋酸乙烯反应器结构如图1，冷却介质沿反应器下部外围一周的下环形流道流入反应器，流体在列管

6、外错流过管束后在分布板的作用下改为并流动，通过分布板与反应管之间的环隙沿管外向上流动，同时与列管内流体换热，最终通过分布板与反应管之间的环隙流入反应器上部环形流道，沿圆周流动的同时流出反应器。，，雠掣帅，却磊三_刊1∽《』盯黼：、馨姜舅嘉霁：T图1醋酸乙烯反应器结构图反应器内径F3360mm，反应管径为F4073ram，长度为5．1m，管间距50mm，正三角形排列，反应器内设置了上中下3块分布板，中分布板经过反应器中心，上、下分布板均距中分布板1650mm。由于列管式反应器沿中心轴对称，故取圆周的十六分之一建立模型如图2所示。图

7、2醋酸乙烯反应器1116模型图图3管外横截面网格分布2冷却介质流动数值模型建立FLUENT是世界领先、应用广泛的计算流体力学(CFD，ComputationalFluidDynamics)软件，用于计算流体流动和传热问题”。71。运用FLUENT前处理网格生成软件GAMBIT针对反应154f化J哲鳕2015圭F12N憩器管外划分网格，采用四面体单元，非结构化网格，管板间隙处尺寸太小，局部加密。反应器管外横截面网格分布见图3。3数值模型性分析为简化计算，选取液态水作为冷却介质，反应器的进IZl为速度型边界条件，出口为压力型边界条件

8、。固体壁面采用无滑移、光滑、绝热边界，近壁面处采用壁函数的方法。选用标准k一8湍流模型，非耦合的稳态隐式解，标准壁函数，对动量方程、湍动能方程和湍流扩散方程采用SIMPLEC算法且均采用二阶上迎风格式。选取合适的变量松弛因子值，计算残差均达到了lxlO‘3以下，