利用内部CFD程序对中试装置延迟焦化反应器进行CFD模拟

Fabià Díaz, Arlex Chaves–Guerrero, P. Gauthier‐Maradei, D. Fuentes, A. Guzmán, H. Picón
{"title":"利用内部CFD程序对中试装置延迟焦化反应器进行CFD模拟","authors":"Fabià Díaz, Arlex Chaves–Guerrero, P. Gauthier‐Maradei, D. Fuentes, A. Guzmán, H. Picón","doi":"10.29047/01225383.67","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"espanolRESUMEN Una simulacion de un reactor piloto de coquizacion retardada fue realizada empleando un codigo propio de dinamica de fluidos computacional (CFD). El reactor fue modelado como un sistema dinamico de tres fases donde el coque es una fase solida porosa, el fondo de vacio es la fase liquida y los productos destilables son la fase gaseosa. Los balances de continuidad, momento y energia propuestos para describir la dinamica del proceso de coquizacion fueron discretizados mediante el metodo de los volumenes finitos sobre una malla axisimetrica de dos dimensiones. Un algoritmo tipo PEA fue desarrollado para describir el arrastre entre las fases fluidas y un algoritmo SIMPLEC modificado llevo a cabo el acoplamiento entre la presion y la velocidad. El simulador de CFD fue programado en lenguaje C++ para sistema operativo tipo Linux; todos los graficos fueron construidos en la plataforma de visualizacion Paraview. Una corrida completa de 12 horas y el posterior enfriamiento de la cama de coque obtenida para tres fondos de vacio fue simulada, los resultados fueron comparados con datos experimentales y un buen acuerdo fue encontrado, el simulador demostro gran potencial para ser escalado a nivel industrial. EnglishABSTRACT A simulation of a pilot plant delayed coking reactor was performed using an in-house computational fluid dynamics (CFD) code. The reactor was modeled as a three-phase dynamic system where the coke is the porous solid phase, the vacuum residue the liquid phase and the distillable product the gas phase. Equations of continuity, momentum, and energy proposed to describe the coking dynamic process where discretized employing the finite volume method and the domain was defined by a 2D structured axisymmetric grid. A PEA algorithm was developed to account for the drag between the fluid phases, and a modified SIMPLEC algorithm achieved the pressure-velocity coupling. The CFD simulator was programmed in C++ code for Linux operating system; all the graphics were constructed in ParaView visualization platform. A full run of 12 hours and the cooling of the resulting coke bed for three different vacuum residues were simulated, the results were compared with experimental data and a good agreement was observed, the simulator demonstrated great potential to be scaled up to industrial level. portuguesRESUMO Foi realizada uma simulacao de uma planta piloto de um reator de coqueamento retardado aplicando um codigo interno de fluidodinâmica computacional (CFD). O reator foi modelado como um sistema dinâmico de tres fases, estando o coque em fase solida, o residuo de vacuo em fase liquida, e os destilaveis em fase gasosa. As equacoes de continuidade, de momento e de energia propostas para descrever o processo de coquemento dinâmico foram discretizadas utilizando o metodo dos volumes finitos, e a area foi definida por uma grade de eixo de simetria estruturada em 2D. Foi desenvolvido um algoritmo PEA para representar o arrasto entre as fases fluidas, e um algoritmo SIMPLEC modificado atingiu o acoplamento pressao-velocidade. O simulador CFD foi programado em codigo C++ para o sistema operacional Linux. Todos os graficos foram construidos em uma plataforma ParaView. 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El simulador de CFD fue programado en lenguaje C++ para sistema operativo tipo Linux; todos los graficos fueron construidos en la plataforma de visualizacion Paraview. Una corrida completa de 12 horas y el posterior enfriamiento de la cama de coque obtenida para tres fondos de vacio fue simulada, los resultados fueron comparados con datos experimentales y un buen acuerdo fue encontrado, el simulador demostro gran potencial para ser escalado a nivel industrial. EnglishABSTRACT A simulation of a pilot plant delayed coking reactor was performed using an in-house computational fluid dynamics (CFD) code. The reactor was modeled as a three-phase dynamic system where the coke is the porous solid phase, the vacuum residue the liquid phase and the distillable product the gas phase. Equations of continuity, momentum, and energy proposed to describe the coking dynamic process where discretized employing the finite volume method and the domain was defined by a 2D structured axisymmetric grid. 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摘要

利用计算流体动力学(CFD)代码对延迟焦化中试反应器进行了模拟。该反应器被建模为一个动态的三相系统,其中焦炭是多孔固相,空底是液相,可蒸馏产品是气相。在此基础上,提出了在二维轴向网格上用有限体积法离散化连续、动量和能量平衡来描述焦化过程动力学的方法。开发了一种PEA算法来描述流体相之间的阻力,改进的SIMPLEC算法实现了压力和速度之间的耦合。CFD模拟器是用c++语言编写的,适用于Linux操作系统;所有的图形都是在Paraview可视化平台上构建的。对3个空底获得的焦化床进行了12小时的完整运行和随后的冷却,并将结果与实验数据进行了比较,发现了良好的一致性,该模拟器具有很大的工业规模潜力。EnglishABSTRACT模拟of A pilot plant正式coking was反应堆方面using an in-house computational biology fluid dynamics (CFD) code。The dynamic system was modeled反应堆as a three-phase where The可口is The porous固体残余物的阶段,The vacuum液体阶段及distillable product The gas。Equations of continuity叙述、动力和能源- to the coking条discretized dynamic process where the finite method and the domain was defined by a卷2D初级axisymmetric grid。A占algorithm was发达to account for the变装between the fluid修改阶段,and A SIMPLEC algorithm一the pressure-velocity coupling。CFD模拟器是用c++代码为Linux操作系统编写的;= =地理= =根据美国人口普查,这个县的总面积为,其中土地和(0.964平方公里)水。模拟了三种不同真空废物对焦炉床的冷却,并将结果与实验数据进行了比较,并观察到良好的协议,该模拟器显示出将其升级到工业水平的巨大潜力。摘要采用内部计算流体动力学(CFD)程序对延迟焦化反应器中试装置进行了模拟。该反应器被建模为一个三相动态系统,焦炭为固相,真空残渣为液相,蒸馏液为气相。摘要采用有限体积法对描述动态过程的连续性、动量和能量方程进行了离散,并采用二维结构对称轴网格定义了区域。提出了一种PEA算法来表示流体相之间的阻力,并提出了一种改进的SIMPLEC算法来实现压速耦合。CFD模拟器是用c++代码为Linux操作系统编写的。所有的图形都是在parview平台上构建的。通过对三种不同真空废料的12小时操作和冷却焦化床的模拟,将结果与实验数据进行了比较,观察到良好的相关性,该模拟器具有很大的工业规模潜力。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
CFD SIMULATION OF A PILOT PLANT DELAYED COKING REACTOR USING AN IN-HOUSE CFD CODE
espanolRESUMEN Una simulacion de un reactor piloto de coquizacion retardada fue realizada empleando un codigo propio de dinamica de fluidos computacional (CFD). El reactor fue modelado como un sistema dinamico de tres fases donde el coque es una fase solida porosa, el fondo de vacio es la fase liquida y los productos destilables son la fase gaseosa. Los balances de continuidad, momento y energia propuestos para describir la dinamica del proceso de coquizacion fueron discretizados mediante el metodo de los volumenes finitos sobre una malla axisimetrica de dos dimensiones. Un algoritmo tipo PEA fue desarrollado para describir el arrastre entre las fases fluidas y un algoritmo SIMPLEC modificado llevo a cabo el acoplamiento entre la presion y la velocidad. El simulador de CFD fue programado en lenguaje C++ para sistema operativo tipo Linux; todos los graficos fueron construidos en la plataforma de visualizacion Paraview. Una corrida completa de 12 horas y el posterior enfriamiento de la cama de coque obtenida para tres fondos de vacio fue simulada, los resultados fueron comparados con datos experimentales y un buen acuerdo fue encontrado, el simulador demostro gran potencial para ser escalado a nivel industrial. EnglishABSTRACT A simulation of a pilot plant delayed coking reactor was performed using an in-house computational fluid dynamics (CFD) code. The reactor was modeled as a three-phase dynamic system where the coke is the porous solid phase, the vacuum residue the liquid phase and the distillable product the gas phase. Equations of continuity, momentum, and energy proposed to describe the coking dynamic process where discretized employing the finite volume method and the domain was defined by a 2D structured axisymmetric grid. A PEA algorithm was developed to account for the drag between the fluid phases, and a modified SIMPLEC algorithm achieved the pressure-velocity coupling. The CFD simulator was programmed in C++ code for Linux operating system; all the graphics were constructed in ParaView visualization platform. A full run of 12 hours and the cooling of the resulting coke bed for three different vacuum residues were simulated, the results were compared with experimental data and a good agreement was observed, the simulator demonstrated great potential to be scaled up to industrial level. portuguesRESUMO Foi realizada uma simulacao de uma planta piloto de um reator de coqueamento retardado aplicando um codigo interno de fluidodinâmica computacional (CFD). O reator foi modelado como um sistema dinâmico de tres fases, estando o coque em fase solida, o residuo de vacuo em fase liquida, e os destilaveis em fase gasosa. As equacoes de continuidade, de momento e de energia propostas para descrever o processo de coquemento dinâmico foram discretizadas utilizando o metodo dos volumes finitos, e a area foi definida por uma grade de eixo de simetria estruturada em 2D. Foi desenvolvido um algoritmo PEA para representar o arrasto entre as fases fluidas, e um algoritmo SIMPLEC modificado atingiu o acoplamento pressao-velocidade. O simulador CFD foi programado em codigo C++ para o sistema operacional Linux. Todos os graficos foram construidos em uma plataforma ParaView. Simulando a operacao de 12 horas e o arrefecimento do leito de coque resultante para tres residuos de vacuo diferentes, os resultados foram comparados com os dados experimentais e foi observado uma boa correlacao, o simulador mostrou grande potencial de ser escalado no nivel industrial.
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