文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集

催化重整固定床反应器综合数学模型

孙守峰,蓝兴英,高金森,马素娟
(中国石油大学重质油国家重点实验室,北京 102249)

摘要:针对目前催化重整固定床反应器数学模型均为一维拟均相模型的现状,文章利用 CFD 方法建立了催化重整固定床反
应器综合数学模型,并且通过数值计算得到了较好的结果。该反应器模型以实际尺寸的反应器几何结构为基础,基于 CFD
基本理论和流体物性参数,采用软件模拟计算,获取反应器内部的速度场、温度场和组分浓度场等,从更微观
的角度研究反应器内发生的复杂过程,能够更好的了解反应器内的真实情况,对于催化重整固定床反应器内流体流动、传热、
传质和反应规律的理论研究以及反应器优化设计具有重要意义。
关键词:CFD 方法催化重整固定床多孔介质数值模拟

1 前言
催化重整反应器是一个非常复杂的流体流动、传热、传质及反应的综合体,重整物料在反应器内催化
剂多孔床层中进行着包括流体流动、传热、传质及催化重整反应等在内的复杂过程,这些复杂过程强烈地
耦合在一起。只有建立完整准确描述催化重整反应器内众多复杂传递及反应过程及其相互间强烈耦合关系
的综合数学模型,才能给出体现和反映催化重整反应器内实际情况的计算结果。
目前已有许多学者,如王文杰[1]、梁克民[2]、丁福臣和郑灌生等人[3],对催化重整固定床反应器进行研
究,建立了很多种固定床反应器数学模型。然而,这些模型还局限于一维的拟均相模型,仅仅对反应动力
学模型求解,对于反应器内的流动和传热完全假设为一维模型,而实际中流体流动对传热和化学反应起了
至关重要的作用,因此,这些模型经验性较强,对于改变不同的进料,不同的操作条件,不同结构的反应
器,该模型完全不能适用。可见,采用简化平推流的集总动力学模型对反应器模拟具有很大的局限性。
因此,本研究在前人工作的基础上,应用CFD方法,建立了催化重整固定床反应器的综合数学模型。
2 催化重整反应器综合数学模型的建立
催化重整反应器综合数学模型由动量方程、能量方程、组分方程和集总动力学模型方程组成。
多孔介质的动量方程
对于二维轴对称几何体,标准的轴向和径向稳态动量守恒方程如下:
11∂∂∂∂p 1⎡⎛⎞∂⎤v 2v
轴向: x
()rvvρρxx+=−+−∇⋅() rvv rx ⎢ r μ⎜⎟2 () v ⎥
rx∂∂∂∂∂ rr x rx⎣⎝⎠ x 3 ⎦
1 ∂⎡∂⎛⎞vx ∂vr ⎤
++⎢⎥rμ⎜⎟(1)
rr∂∂∂⎣⎦⎝⎠ r x
11∂∂∂∂p 1⎡⎛⎞∂v ∂⎤v
径向: r x
()rvvρρxr+=−++() rvv rr ⎢ r μ⎜⎟⎥
rx∂∂∂∂∂∂ rr r rx⎣⎝⎠ x r⎦
12∂⎡∂⎛⎞vvvvv ⎤ 2μ 2
rrz (2)
+−∇⋅−+∇⋅+⎢⎥rvμ⎜⎟22() μρ2 () v
rr∂∂⎣⎦⎝⎠ r33 r r r

联系人:孙守峰. 第一作者:孙守峰(1978—),男,博士研究生.
Corresponding author: Prof. SUN Shoufeng. E