聚丙烯环管反应器内颗粒粒径分布及三相流模拟

摘要

本论文以CFD-PBM耦合模型为基础，通过Gambit对物理模型进行网格划分，有限体积法对各守恒方程以及湍流方程进行离散，SIMPLE算法对速度压力进行耦合求解，对聚丙烯环管反应器内颗粒粒径分布情况以及管内三相流流动特征进行仿真模拟。本论文主要研究工作与得到的结论如下：
　　1、通过以Mixture模型为基础的CFD-PBM耦合模型，对聚丙烯环管反应器内颗粒粒径分布进行模拟。模拟得到的最小沉积速度以及压降值与文献结果基本吻合，证明模型可靠。
　　环管反应器内颗粒粒径分布研究结果表明：（1）浆液经过反应器底部时颗粒的囤积范围小于反应器顶部，且在第四段弯管处囤积最为严重。（2）通过对比模拟结果与文献中工业数据可知，使用CFD-PBM模型得到的模拟结果更加准确。（3）当浆液流速范围为6-12m/s时，第四段弯管处颗粒囤积面积随着流速的增大而变小。（4）通过对比模拟结果与中石化武汉分公司现场数据可知，环管反应器内颗粒受到破碎、聚并以及生长的共同作用。（5）随着湍动能耗散率的增加，反应器中颗粒粒径趋向均一；在低固含率下，反应器中颗粒粒径较为均一，当固含率达到4.5以上时，其颗粒粒径普遍变小。
　　2、在加载群体平衡模型的基础上，将作为气相的氢气列入考虑范围，对聚丙烯环管反应器内三相流进行模拟研究。
　　对环管反应器内三相流模拟结果表明：（1）模拟得到的压降值与经验计算值对比，结果基本吻合，表明欧拉多相流模型与群体平衡模型的耦合模型能够对反应器内三相流进行研究。（2）当浆液流经弯管时，速度在沿管道径向截面方向上由内向外逐渐增大。（3）在环管反应器直管段的径向上，越靠近右侧壁面固含率越高；轴向上，固含率分布基本一致。（4）在环管反应器径向上，湍动能呈“两头大中间小”的分布趋势，且在上升管处右侧湍动能较大，下降管处左侧湍动能较大；轴向上，湍动能分布基本一致。（5）当反应器内加入氢气时，反应器中颗粒中位粒径明显降低，提高氢气进料时，产物中粒径分布范围变窄，趋于均一。
　　通过对聚丙烯环管反应器内颗粒粒径分析及三相流模拟的研究，为反应器的设计放大提供可靠理论依据，在保证反应器效率的同时，大幅度节省反应器设计与放大的资金成本。

目录

声明

第1章文献综述

1.1前言

1.2聚丙烯生产工艺——本体法

1.3 计算流体力学及研究现状

1.4 CFD模型

1.5 CFD-PBM模型

1.6 Euler-Euler三流体模型

1.7论文研究内容与意义

第2章聚丙烯环管反应器内颗粒粒径分布模拟研究

2.1前言

2.2数值模拟方法

2.3 结果与讨论

2.4本章小结

第3章聚丙烯环管反应器内三相流的模拟

3.1氢气的链转移作用

3.2环管反应器的三相流模型

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第4章论文总结及工作建议

4.1论文研究结论

4.2下一步工作建议

符号说明

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢