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Scaling of catalytic cracking fluidized bed downer reactor based on CFD simulations—Part II: effect of reactor scale
RSC Advances ( IF 3.9 ) Pub Date : 2022-08-02 , DOI: 10.1039/d2ra03448d Parinya Khongprom 1, 2 , Supawadee Ratchasombat 3 , Waritnan Wanchan 3 , Panut Bumphenkiattikul 4, 5 , Sunun Limtrakul 6
RSC Advances ( IF 3.9 ) Pub Date : 2022-08-02 , DOI: 10.1039/d2ra03448d Parinya Khongprom 1, 2 , Supawadee Ratchasombat 3 , Waritnan Wanchan 3 , Panut Bumphenkiattikul 4, 5 , Sunun Limtrakul 6
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The practical realization of the scaling up of gas–solid multiphase flow reactors with chemical reactions is hindered by chaotic flow behaviors and complex heat and mass transfers in the reactor. In addition, a law to scale up complex reaction mechanisms in multiphase flow systems has been rarely proposed in the existing literature. Thus, this study aims to investigate the scaling up of the catalytic cracking fluidized bed downer reactor based on the similitude method of chemical reaction performance. Three downer reactor scales with a height of 5, 15, and 30 m, were investigated. To anticipate the behavior of reactive flow, a Eulerian–Eulerian CFD model, two-fluid model, was constructed, which was combined with the kinetic theory of granular flow. A four-lump kinetic model was chosen to represent the mechanism of the catalytic cracking reaction of heavy oil from the pyrolysis of waste plastic. The CFD model accurately predicted the species composition distribution. The scaling law based on the geometric similarity, kinematic similarity, and chemical reaction similarity, was proposed. The catalytic cracking performance similarity of the downer reactor was obtained. With variances in the range of 10% and mean relative absolute error less than 5%, the axial and lateral distributions of chemical performance (heavy oil conversion, gasoline mass fraction, and gasoline selectivity) were found to be extremely similar.
中文翻译：
基于 CFD 模拟的催化裂化流化床下游反应器的缩放——第二部分：反应器规模的影响
反应器中混沌的流动行为和复杂的传热和传质阻碍了通过化学反应放大气固多相流反应器的实际实现。此外，现有文献中很少提出扩大多相流系统中复杂反应机制的定律。因此，本研究旨在基于化学反应性能相似法研究催化裂化流化床下行反应器的放大。研究了三个高度为 5、15 和 30 m 的下层反应器秤。为了预测反应流的行为，结合颗粒流的动力学理论，构建了欧拉-欧拉CFD模型，即双流体模型。选择四整体动力学模型来表征废塑料热解重油催化裂化反应的机理。CFD 模型准确地预测了物种组成分布。提出了基于几何相似度、运动学相似度和化学反应相似度的标度律。得到了下游反应器的催化裂化性能相似性。在 10% 范围内的方差和小于 5% 的平均相对绝对误差下，发现化学性能（重油转化率、汽油质量分数和汽油选择性）的轴向和横向分布极为相似。提出了运动学相似性和化学反应相似性。得到了下游反应器的催化裂化性能相似性。在 10% 范围内的方差和小于 5% 的平均相对绝对误差下，发现化学性能（重油转化率、汽油质量分数和汽油选择性）的轴向和横向分布极为相似。提出了运动学相似性和化学反应相似性。得到了下游反应器的催化裂化性能相似性。在 10% 范围内的方差和小于 5% 的平均相对绝对误差下，发现化学性能（重油转化率、汽油质量分数和汽油选择性）的轴向和横向分布极为相似。
更新日期：2022-08-02
中文翻译：
基于 CFD 模拟的催化裂化流化床下游反应器的缩放——第二部分：反应器规模的影响
反应器中混沌的流动行为和复杂的传热和传质阻碍了通过化学反应放大气固多相流反应器的实际实现。此外，现有文献中很少提出扩大多相流系统中复杂反应机制的定律。因此，本研究旨在基于化学反应性能相似法研究催化裂化流化床下行反应器的放大。研究了三个高度为 5、15 和 30 m 的下层反应器秤。为了预测反应流的行为，结合颗粒流的动力学理论，构建了欧拉-欧拉CFD模型，即双流体模型。选择四整体动力学模型来表征废塑料热解重油催化裂化反应的机理。CFD 模型准确地预测了物种组成分布。提出了基于几何相似度、运动学相似度和化学反应相似度的标度律。得到了下游反应器的催化裂化性能相似性。在 10% 范围内的方差和小于 5% 的平均相对绝对误差下，发现化学性能（重油转化率、汽油质量分数和汽油选择性）的轴向和横向分布极为相似。提出了运动学相似性和化学反应相似性。得到了下游反应器的催化裂化性能相似性。在 10% 范围内的方差和小于 5% 的平均相对绝对误差下，发现化学性能（重油转化率、汽油质量分数和汽油选择性）的轴向和横向分布极为相似。提出了运动学相似性和化学反应相似性。得到了下游反应器的催化裂化性能相似性。在 10% 范围内的方差和小于 5% 的平均相对绝对误差下，发现化学性能（重油转化率、汽油质量分数和汽油选择性）的轴向和横向分布极为相似。
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