Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.
De toename in rekencapaciteit heeft verbeterde modelleer- en simulatiemogelijkheden voor chemische processen mogelijk gemaakt. Computational fluid dynamics (CFD) is een nuttig hulpmiddel om de prestaties van een proces na geometrische en operationele wijzigingen te bestuderen. CFD is geschikt voor het identificeren van de hydrodynamica in processen met complexe geometrieën waar chemische reacties en warmte- en massatransfers plaatsvinden. CFD heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen van onderzoekers. Dit boek bevat 11 manuscripten die in verschillende MDPI-tijdschriften zijn gepubliceerd.
Abstract Hoofdstuk 1: Waterstof zou een veelbelovende bronbrandstof kunnen zijn, en wordt vaak beschouwd als een schone energiedrager omdat het geproduceerd kan worden met ethanol. Het gebruik van ethanol biedt verschillende voordelen, omdat het een hernieuwbare grondstof is, gemakkelijk te transporteren, biologisch afbreekbaar, weinig giftig, met een hoog waterstofgehalte en gemakkelijk op te slaan en te hanteren. Het reformeren van ethanolstoom gebeurt bij relatief lagere temperaturen, vergeleken met andere koolwaterstofbrandstoffen, en is uitgebreid bestudeerd vanwege het hoge rendement dat wordt geleverd voor de vorming van waterstof. In dit werk is een nieuw computational fluid dynamics (CFD) simulatiemodel van de ethanolstoomreforming (ESR) ontwikkeld. Het reformingsysteemmodel bestaat uit een ethanolbrander en een reactor met katalytisch bed. De vloeibare ethanol wordt verbrand in de vuurkist, waarna de stralingswarmteflux van de brander wordt overgedragen aan de reactor met katalytisch bed om het ethanolstoommengsel om te zetten in waterstof en kooldioxide. Het voorgestelde rekenmodel bestaat uit twee fasen: de simulatie van de ethanolbrander met behulp van Fire Dynamics Simulator software (FDS) (versie 5.0) en een multifysische simulatie van het stoomreformeringsproces in de reformer. In dit werk is COMSOL multifysische software (versie 4.3b) gebruikt. Het lost tegelijkertijd de vloeistofstroming, warmteoverdracht, diffusie met chemische reactiekinetiekvergelijkingen en structurele analyse op. Er is aangetoond dat de warmteafgifte door de ethanolbrander de benodigde warmtestroom kan leveren om het hervormingsproces in stand te houden. Er is ontdekt dat de massafracties van waterstof en kooldioxide toenemen langs de as van de reformer. De waterstofmassafractie neemt toe naarmate de stralingswarmteflux toeneemt. Er werd aangetoond dat de Von Mises-spanningen toenemen met de warmtestromen. Veiligheidskwesties met betrekking tot de structurele integriteit van de stalen mantel worden ook behandeld. Dit werk toont duidelijk aan dat door het gebruik van ethanol dat een lage temperatuuromzetting heeft, de afname van de structurele sterkte van de stalen buis laag is. De numerieke resultaten geven duidelijk aan dat onder normale omstandigheden van de ethanolreforming (de temperatuur van het staal is ongeveer 600 °C of 1112 °F), de breuktijd van de HK-40 staallegering aanzienlijk toeneemt. In dit geval is de breuktijd groter dan 100.000 uur (meer dan 11,4 jaar).
[1] CFD Simulatie van Ethanol Stoomreforming Systeem voor Waterstofproductie. ChemEngineering 2018, 2, 34. https://lnkd.in/dffFk4fs
Abstract Hoofdstuk 2: Verschillende soorten explosies worden aangedreven door de interne energie die in samengeperst gas of oververhitte vloeistof wordt geaccumuleerd. Een bekend voorbeeld van zo’n explosie is het barsten van een vat met een drukvloeistof, bekend als Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion (BLEVE). Een heet BLEVE-ongeval wordt voornamelijk veroorzaakt door directe verhitting (plasbrand of straalbrand) van de stalen behuizing aan de dampzijde van de tank tot temperaturen boven 400 °C. Thermische isolatie rond de tank kan de overmatige verhitting van de tankomhulsels tijdens een brand aanzienlijk verminderen en vertragen. Hierdoor hebben brandweerlieden genoeg tijd om de plaats van het ongeval te bereiken en de LPG-tank (vloeibaar petroleumgas) af te koelen om de BLEVE te vermijden, het vuur te blussen of de mensen in de omgeving van het ongeval te evacueren. Het voorgestelde algoritme behandelt verschillende aspecten van het BLEVE-ongeval en de beperking ervan: Computational Fluid Dynamic (CFD) simulatie van de jet fire door gebruik te maken van de fire dynamics simulator (FDS) software door gebruik te maken van large eddy simulation (LES); berekening van de convectieve en radiatieve warmtefluxen door gebruik te maken van de impinging jet fire theory; het uitvoeren van thermochemische en warmteoverdrachtsanalyses op de glasgeweven vinylester coating van het vat door gebruik te maken van FDS software (versie 5); en COMSOL Multiphysics (versie 4.3b) tijdens de verwarmingsfase van het composiet en berekening van de tijd die nodig is om het vloeibare propaan te verdampen met behulp van de eerste en tweede wetten van de thermodynamica.
[2] CFD-simulatie en mitigatie met Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion (BLEVE) veroorzaakt door Jet Fire. ChemEngineering 2019, 3, 1. https://www.mdpi.com/2305-7084/3/1/1
Abstract Hoofdstuk 3: Levulinezuur (LA) is gerangschikt als een van de “Top 10” bouwstenen voor toekomstige bioraffinaderijen, zoals voorgesteld door het Amerikaanse Ministerie van Energie. Het wordt beschouwd als een van de belangrijkste platformmoleculen voor de productie van fijnchemicaliën en brandstoffen vanwege de compatibiliteit met bestaande processen, de markteconomie en het industriële vermogen om als platform te dienen voor de synthese van belangrijke derivaten. Hydrogenering van LA om γ-valerolacton (GVL) te produceren is een actief onderzoeksgebied vanwege het potentieel van GVL om te worden gebruikt als biobrandstof op zichzelf en voor de daaropvolgende omzetting in koolwaterstofbrandstoffen. Dit artikel bevat een nieuw ontwerp voor een eenvoudige, rendabele en veilige hydrogeneringsreactor voor de omzetting van levulinezuur in γ-valerolacton (GVL) door gebruik te maken van organische vloeistof met een hoog kookpunt. De hydrogeneringsreactor bestaat uit een verwarmingsbron – organische vloeistof (genaamd “DOWTHERM A” of “thermex”) en de katalytische reactor. De voordelen van vloeistoffen met een hoge kooktemperatuur, samen met de vooruitgang in hydrokraak- en reformingtechnologieën onder invloed van de olie- en gasindustrie, maken het organische concept geschikter en veiliger (in de metallurgische industrie wordt water dat in contact komt met vloeibaar metaal goed begrepen als een gevaar voor stoomexplosie) voor het verwarmen van de hydrogeneringsreactor. COMSOL multi-physics software versie 4.3b werd in dit werk toegepast en lost tegelijkertijd de continuïteits-, Navier-Stokes- (vloeistofstroming), energie- (warmteoverdracht) en diffusievergelijkingen met chemische reactiekinetiek op. Er werd aangetoond dat de warmteflux geleverd door de DOWTHERM A organische vloeistof de benodigde warmteflux kon leveren die nodig was om het hydrogenatieproces in stand te houden. Er werd geconstateerd dat de massafracties van waterstof en levulinezuur afnamen langs de reactoras. De GVL-massafractie nam toe langs de reactoras.
[3] CFD-ontwerp van hydrogeneringsreactor voor omzetting van levulinezuur in γ-Valerolacton (GVL) met behulp van organische vloeistoffen met een hoog kookpunt. ChemEngineering 2019, 3, 32. https://lnkd.in/daHnvenT
Abstract Hoofdstuk 4: Er is een geavanceerd algoritme ontwikkeld om de prestaties van het reboilproces van ruwe olie die in reboilerbuizen stroomt te analyseren. Het voorgestelde model bestaat uit een Heptaan brander en een buizensysteem. De warmtestroom die door de brander wordt geproduceerd, wordt overgebracht op de ruwe olie die in de buis stroomt. Het rekenmodel bestaat uit twee fasen: de simulatie van de brand met behulp van Fire Dynamics Simulator software (FDS) versie 5.0 en vervolgens de berekening van het koken van de ruwe olie. De FDS-code is geformuleerd op basis van CFD (Computational Fluid Dynamics) van brandverwarming. De thermofysische eigenschappen (zoals: thermische geleidbaarheid, warmtecapaciteit, oppervlaktespanning, viscositeit) van de ruwe olie werden geschat met behulp van empirische correlaties. De thermische warmteoverdracht naar verdampend tweefasig ruwe-oliemengsel door de vorming van bellen aan de wand (nucleair koken) is berekend met behulp van de correlatie van Chen. Er is aangenomen dat de totale convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt is samengesteld uit de convectieve coëfficiënt van nucleair koken en de geforceerde turbulente convectieve coëfficiënt. De eerste wordt berekend met de empirische vergelijking van Forster Zuber. De laatste wordt berekend op basis van de Dittus-Boelter relatie. Om de coëfficiënt voor nucleair koken te valideren, is een vergelijking uitgevoerd met de convectieve coëfficiënt voor nucleair koken die wordt verkregen met de vergelijking van Mostinski. De relatieve fout tussen de coëfficiënten voor convectieve warmteoverdracht bij koken in de kern is 10,5%. De numerieke oplossing van FDS is uitgevoerd met behulp van de Large Eddy Simulation (LES)-methode. Dit werk is verder uitgebreid met de structurele integriteitsaspecten van de metalen pijp van de reboiler met behulp van COMSOL Multiphysics software. Het bleek dat de berekende spanning lager is dan de uiterste treksterkte van de AISI 310 staallegering.
[4] CFD Simulation of Forced Recirculating Fired Heated Reboilers. Processen 2020, 8, 145. https://lnkd.in/de3CuY_J
Abstract Hoofdstuk 5: Petroleumcoke (petroleumcoke) wordt geïdentificeerd als een koolstofrijke en zwartgekleurde vaste stof. Ondanks de milieurisico’s die de exploitatie van petroleumcoke met zich meebrengt, wordt het meestal gebruikt als kook- en verbrandingsbrandstof in elektriciteitscentrales en cementfabrieken. Het wordt beschouwd als een veelbelovende vervanging voor kolencentrales vanwege zijn hogere verbrandingswaarde, koolstofgehalte en lage asgehalte. In dit onderzoek werd een computational fluid dynamics (CFD) computationeel model van de stoomreforming van methaan ontwikkeld. Het waterstofproductiesysteem bestaat uit een petroleumcokesbrander en een katalysatorbedreactor. De warmte die vrijkomt bij de verbranding van petroleumcokes werd gebruikt voor convectieve en radiatieve verwarming van het katalysatorbed om de stoomreformingreactie van methaan in waterstof en koolmonoxide in stand te houden. Dit computeralgoritme bestaat uit drie stappen: de simulatie van de verbranding van petroleumcokes met behulp van Fire Dynamics Simulator (FDS)-software, gekoppeld aan een thermische structuuranalyse van de branderbekleding en een multiphysicaberekening van het methaanstoomreformingproces (MSR) dat plaatsvindt in het katalysatorbed. De structurele analyse van de branderbekleding werd uitgevoerd door de oplossingen van de warmtegeleidingsvergelijking, de Darcy-stoomstroomvergelijking voor poreuze media en de structurele mechanicavergelijking te koppelen. Om de gasvormige temperatuur en koolmonoxidemolefractie te valideren die verkregen zijn met de FDS-berekening, werd een vergelijking uitgevoerd met de resultaten uit de literatuur. De maximale temperatuur die uit de verbrandingssimulatie werd verkregen, was ongeveer 1440 °C. De berekende temperatuur is vergelijkbaar met de gerapporteerde temperatuur, die ook dicht bij 1400 °C ligt. De maximale kooldioxidemolefractie die werd afgelezen was 15,0%. COMSOL multi-physics software lost tegelijkertijd de vloeistofstroming, warmte en massa van het katalysatormedium op met transportvergelijkingen van de chemische reactiekinetiek van de katalysatorbedreactor voor methaanstoomreforming. De methaanconversie is ongeveer 27%. De stoom en het methaan vervallen langs de katalysatorbedreactor met dezelfde helling. In de literatuur zijn vergelijkbare waarden gerapporteerd voor een MSR-temperatuur van 510 °C. De waterstofmassafractie werd verhoogd met 98,4%.
[5] Multifysisch ontwerp van petroleumcokesbrander en waterstofproductie door toepassing van methaan-stoomreforming. Clean Technol. 2021, 3, 260-287. https://lnkd.in/dZKBgmcC
Abstract Hoofdstuk 6: In dit werk is een thermodynamische analyse van de Organic Rankine Cycle (ORC) uitgevoerd. De petroleumcokesbrander leverde de benodigde warmtestroom voor de Butaanboiler. De simulatie van de petroleumcokesverbranding werd uitgevoerd met behulp van Fire Dynamics Simulator software (FDS) versie 5.0. De FDS-berekeningsresultaten werden gevalideerd door de temperatuur van het gasmengsel en de CO2 molfracties uit de literatuur. Er werd ontdekt dat ze vergelijkbaar zijn met die in de literatuur. Er werd een kunstmatige intelligentie (AI) tijdsvoorspellende analyse uitgevoerd op dit werk. Het AI-algoritme werd toegepast op de temperatuur- en roetmeetwaarden van de sensoren. Er werden twee Python-bibliotheken toegepast om het tijdsgedrag van de thermokoppeluitlezingen te voorspellen: Statistisch model-ARIMA (Auto-Regressief Geïntegreerd Bewegend Gemiddelde) en KERAS-bibliotheek voor diep leren. ARIMA is een modelklasse die een reeks verschillende standaard temporele structuren in tijdreeksgegevens vastlegt. Keras is een python-bibliotheek die wordt toegepast voor deep learning en draait bovenop Tensor-Flow. Het is ontwikkeld om deep learning-modellen zo snel en gemakkelijk mogelijk uit te voeren voor onderzoek en ontwikkeling. De modelnauwkeurigheid en modelverliesplot tonen vergelijkbare prestaties (train en test). Butaan is gebruikt als werkvloeistof in de ORC. Butaan wordt beschouwd als een van de beste zuivere vloeistoffen in termen van exergie-efficiëntie. Het heeft een lage specifieke stralingsforcering (RF) in vergelijking met ethaan en propaan. Bovendien heeft het geen ozonafbrekend vermogen en een laag aardopwarmingsvermogen. Het wordt beschouwd als ontvlambaar, zeer stabiel en niet-corrosief. De thermodynamische eigenschappen van butaan die nodig zijn om de warmtesnelheid en het vermogen te evalueren, werden berekend met de ASIMPTOTE online thermodynamische rekenmachine. Er werd aangetoond dat het berekende nettovermogen van de ORC-cyclus vergelijkbaar is met het nettovermogen dat in de literatuur wordt vermeld (relatieve fout van 4,8%). Het voorgestelde energetische ORC-systeem gehoorzaamt aan de eerste en tweede wetten van de thermodynamica. Het thermische rendement van de cyclus is 20,4%.
[6] Thermodynamisch ontwerp van Organische Rankine Cyclus (ORC) op basis van petroleumcokesverbranding. ChemEngineering 2021, 5, 37. https://lnkd.in/dX7czfm7
Abstract Hoofdstuk 7: FAME (biodiesel) is een alternatieve brandstof die geproduceerd kan worden uit plantaardige oliën. Er is een groeiende interesse in het onderzoek naar en de ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen. Een mogelijke oplossing is een biobrandstof die bruikbaar is in motoren met compressieontsteking (dieselmotoren), geproduceerd uit biomassa die rijk is aan vetten en oliën. Dit artikel bevat een nieuw en veiliger ontwerp van een veresteringsreactor voor de productie van FAME (biodiesel) door gebruik te maken van vloeistof met een hoog kookpunt (fenylnaftaleen genaamd). Er is een CFD-simulatie uitgevoerd van de biodieselproductie met behulp van de ionische vloeistof methylimidazoliumwaterstofsulfaat. Ionische vloeistoffen (IL’s) zijn samengesteld uit anionen en kationen die als vloeistof bestaan bij relatief lage temperaturen. Ze hebben veel voordelen, zoals chemische en thermische stabiliteit, lage ontvlambaarheid en lage dampdrukken. In dit werk zijn de ionische vloeistoffen toegepast in organische reacties als oplosmiddelen en katalysatoren van de veresteringsreactie. De grote kwaliteiten van vloeistoffen met een hoge kooktemperatuur, samen met de vooruitgang in de olie- en gasindustrie, maken het organische concept geschikter en veiliger (water dat in contact komt met vloeibaar metaal kan gevaar voor stoomexplosie veroorzaken) voor het verwarmen van de veresteringsreactor. De COMSOL Multiphysics code is gebruikt en lost tegelijkertijd de continuïteits-, vloeistofstromings-, warmteoverdrachts- en diffusievergelijkingen met chemische reactiekinetiek op. Er werd aangetoond dat de warmteflux de benodigde warmtestroom kon leveren om het veresteringsproces in stand te houden. De massafracties van methanol en oliezuur bleken langs de reactoras af te nemen. De FAME-massafractie nam toe langs de reactoras. De maximale biodieselopbrengst in de veresteringsreactor was 86%. Deze waarde komt sterk overeen met de experimentele resultaten van Elsheikh et al.
[7] Thermal Hydraulics and Thermochemical Design of Fatty Acid Methyl Ester (Biodiesel) Esterification Reactor by Heating with High Boiling Point Phenyl-Naphthalene Liquid. Fluids 2022, 7, 93. https://lnkd.in/d47S9GRi
Abstract Hoofdstuk 8: Large Eddy Simulation (LES) en thermodynamisch onderzoek zijn uitgevoerd op onderdelen van de Organic Rankine Cycle (ORC) (boiler, verdamper, turbine, pomp en condensor). De petroleumcokesbrander leverde de benodigde warmtestroom voor de butaanverdamper. Vloeistof met een hoog kookpunt (fenylnaftaleen genaamd) is toegepast in de ORC. De hoogkokende vloeistof is veiliger (stoomexplosiegevaar kan worden voorkomen) voor het verwarmen van de butaanstroom. Het heeft de beste exergie-efficiëntie. Het is niet corrosief, zeer stabiel en ontvlambaar. Fire Dynamics Simulator-software (FDS) is gebruikt om de verbranding van petroleumcokes te simuleren en de warmteafgiftesnelheid (HRR) te berekenen. De maximale temperatuur van het 2-fenylnaftaleen dat in de ketel stroomt, is veel lager dan de kooktemperatuur (600 K). Enthalpie, entropie en specifiek volume die nodig zijn voor het evalueren van de warmtesnelheden en het vermogen zijn berekend met de thermodynamische code THERMOPTIM. Het voorgestelde ontwerp van de ORC is veiliger. Dit komt doordat het brandbare butaan gescheiden is van de vlam die in de petroleumcokebrander wordt geproduceerd. De voorgestelde ORC voldoet aan de twee fundamentele wetten van de thermodynamica. Het berekende nettovermogen is 3260 kW. Dit komt goed overeen met het nettovermogen dat in de literatuur wordt vermeld. Het thermische rendement van de ORC is 18,0%.
[8] Large Eddy Simulation en Thermodynamisch Ontwerp van de Organische Rankine Cyclus op basis van Butaan Werkvloeistof en het High-Boiling-Point Phenyl Naphthalene Liquid Heating System. Entropy 2022, 24, 1461. https://lnkd.in/dZrkKhaK
Abstract Hoofdstuk 9: Inhalatieanesthesie wordt toegediend via een systeem van geassisteerde ventilatie. Het bestaat meestal uit xenon of lachgas, gehalogeneerde koolwaterstoffen (HHC’s) en zuurstof. Om de kosten van de anesthesiesamenstellingen te drukken, worden de resterende anesthetica die in de uitademing aanwezig zijn gerecycled en hergebruikt, om de hoeveelheid verse anesthesie tot een minimum te beperken. Er wordt een alkalihydroxidemengsel (sodakalk genoemd) gebruikt om CO2 uit de uitademing. Er kunnen echter toxische verbindingen gevormd worden tijdens de reactie van natronkalk met gehalogeneerde koolwaterstoffen. Ionische vloeistoffen (IL’s) hebben verschillende voordelen, zoals niet-vluchtigheid, functionaliteit, hoge koolstofoplosbaarheid en lage energievereisten voor regeneratie. In het kader van dit onderzoek is de verwijdering van kooldioxide met ionische vloeistoffen numeriek bestudeerd. COMSOL multi-physics eindige-elementen software is toegepast. Het lost de continuïteits-, vloeistofstroom- en diffusievergelijkingen op. Er is een nieuw algoritme ontwikkeld voor de berekening van de absorptie van infrarode (IR) straling van CO2. De absorptiecoëfficiënt heeft golflengte-afhankelijke eigenschappen. De gasvormige absorptiecoëfficiënt is berekend met behulp van de spectrale database van HITRAN. Het bleek dat de CO2 wordt bijna volledig geabsorbeerd door 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide ([emim][DCA]) ionische vloeistof na een periode van 1000 s. Er is aangetoond dat de absorptiecoëfficiënt van CO2 kan worden verwaarloosd in het interval onder 1,565 μm, en dan bij 1,6 μm neemt het toe tot dezelfde orde als die voor CO. Het is dus mogelijk om CO2 door een laserdiode toe te passen die IR-straling met een golflengte van 1,6 μm kan uitzenden. Deze tijdsduur is een functie van de diffusiecoëfficiënt van de CO2 in het membraan en in de ionische vloeistof.
[9] Numerieke studie van CO2-verwijdering uit inhalatieanesthesiesysteem met behulp van gasionisch vloeistofmembraan. ChemEngineering 2023, 7, 60. https://lnkd.in/dqY7Fu9w
Abstract Hoofdstuk 10: Waterstofsulfide (H2S) wordt beschouwd als een giftig en corrosief gas, dat vaak voorkomt in aardgas, ruwe olie en andere fossiele brandstoffen. Dit corrosieve gas kan leiden tot spanningscorrosie (SCC). Dit fenomeen wordt veroorzaakt door de gecombineerde invloed van trekspanning en een corrosieve omgeving. Dit kan leiden tot het plotseling bezwijken van normaal kneedbare metaallegeringen, vooral bij een verhoogde temperatuur. Ontzwavelen is het proces van het verwijderen van H2S uit deze brandstoffen om hun schadelijke gevolgen voor het milieu en de gezondheid te verminderen. Ionische vloeistoffen (IL’s) hebben een groot potentieel laten zien voor toepassing als vloeibare absorbentia voor H2S vanwege hun voordelen zoals niet-vluchtigheid, functionaliteit, hoge oplosbaarheid van koolstof en lage energievereisten voor regeneratie. Het voorgestelde waterstofsulfide-extractiesysteem bestaat uit een buis, een membraan en een omhulsel. 1-ethyl-3-methylimidazolium (emim)-gebaseerde ionische vloeistoffen met bis-(trifluormethyl)sulfonylimide (NTf2) anion zijn geselecteerd vanwege de hoge H2S diffusiecoëfficiënt. Voor dit ontwerp zijn gefunctionaliseerde membranen van grafeenoxide (GO) gebruikt. In dit onderzoek werd H2S extractie met ionische vloeistoffen is numeriek bestudeerd. De COMSOL eindige elementen- en multifysicacode is gebruikt om de continuïteits-, turbulente vloeistofstroming (k-ε model) en transiënte diffusievergelijkingen op te lossen. Voor kleine tijdsperioden is er een scherpe gradiënt in H2S concentratieprofiel binnen de schaalsectie. Dit komt doordat de diffusiecoëfficiënt van H2S in de ionische vloeistof erg klein is en de schaalsectie veel dikker is dan het membraan. Er is vastgesteld dat H2S wordt na een periode van 30.000 s bijna volledig geabsorbeerd door ionische vloeistoffen.
[10] CFD-simulatie van waterstofsulfideontzwaveling (H2S) met behulp van ionische vloeistoffen en membraan van grafeenoxide. Fuels 2023, 4, 363-375. https://lnkd.in/dniBwT98
Abstract Hoofdstuk 11: Olefinen zijn cruciale bouwstenen voor de petrochemische industrie en dienen als grondstoffen voor de productie van verschillende producten zoals kunststoffen, synthetische vezels, detergenten, oplosmiddelen en andere chemicaliën. Bij FCC worden zware aardoliegrondstoffen in een katalytische kraakinstallatie geïnjecteerd, waar ze met een katalysator worden gemengd. De katalysator helpt bij het afbreken van de grote koolwaterstofmoleculen in kleinere fragmenten, waaronder olefinen zoals propyleen en ethyleen. Deze polymerisatiereacties vinden plaats bij hoge temperaturen. Ze vereisen dat de warmte zo snel mogelijk wordt afgevoerd om de reactortemperatuur onder controle te houden en “hete plekken” in de regenerator of plaatselijke oxidatiereacties te voorkomen (en om kruipbreuk van de stalen bekleding van de regenerator te vermijden). Het koelen van het bekledingsoppervlak van de regenerator kan worden bereikt door het spuiten van waterdruppels (spray), die uit een sproeikop worden gespoten. Sproeikoeling kan zorgen voor gelijkmatige koeling en kan hoge warmtestromen aan, zowel in één fase als in twee fasen. Dit onderzoek biedt een thermohydraulisch ontwerp van regeneratornevelkoelsystemen. In het kader van dit onderzoek werd Fire Dynamics Simulator (FDS)-software gebruikt om het temperatuurveld en de waterdampmassafractie te simuleren. Er werd een eindige-elementencode van COMSOL Multiphysics gebruikt om het temperatuurveld binnen in de regeneratorbekleding te berekenen. De berekende oppervlaktetemperaturen en convectiecoëfficiënt van de warmteoverdracht, verkregen met behulp van FDS-software, werden met succes gevalideerd ten opzichte van de numerieke resultaten van COMSOL en eerdere resultaten in de literatuur. De numerieke simulaties werden uitgevoerd voor twee gevallen. Het eerste geval werd uitgevoerd op een afstand van 0,5 m, en het tweede geval werd uitgevoerd op een afstand van 0,2 m. Er werd een rastergevoeligheidsstudie uitgevoerd op het FDS-model. Er werden numerieke integraties in de tijd uitgevoerd om de gemiddelde temperaturen te berekenen. Het verschil tussen deze vier gemiddelde temperaturen, berekend door verschillende roosters toe te passen, is minder dan 7,4%. De berekende oppervlaktetemperaturen en de convectiecoëfficiënt van de warmteoverdracht werden met succes gevalideerd aan de hand van de numerieke resultaten van COMSOL en eerder onderzoek. Er werd aangetoond dat de berekende temperaturen in het tweede geval afnemen. Het watersproeisysteem slaagde erin om de stalen wand effectiever te koelen naarmate het watersproeisysteem de stalen bekleding naderde.
[11] Thermisch-hydraulische simulatie van een watersproeisysteem voor een koelvloeistofkatalytische kraakregenerator (FCC). Dynamics 2023, 3, 737-749. https://lnkd.in/d9hZxHEj.
Dit boek is beschikbaar op de volgende website:
Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.