CFD-моделирование каталитического пиролиза полиэтилена высокой плотности (HDPE) в реакторе с псевдоожиженным слоем

Вот перевод и адаптация вашего текста на русский язык в развернутом, профессиональном стиле с сохранением всех технических деталей:

Оригинальный текст (адаптированный):

Химическая переработка пластиковых отходов требует прецизионного контроля тепло- и массообменных процессов, поскольку локальные перегревы способны инициировать нежелательные побочные реакции или приводить к спеканию катализатора.

Поставленная задача: Провести анализ физического поведения пилотной установки с псевдоожиженным (кипящим) слоем, предназначенной для каталитического пиролиза полиэтилена высокой плотности (HDPE), и определить оптимальные рабочие параметры для последующего масштабирования процесса.

Используемое программное обеспечение и версии: Для решения применялось программное обеспечение вычислительной гидродинамики (CFD), основанное на решении уравнений Навье-Стокса, с интеграцией термодинамических баз данных, характерных для технологических симуляторов.

Методология и термодинамические подходы: В работе использовался эйлеров (Eulerian) подход для моделирования многофазных потоков. Моделируемая система была разделена на две фазы: газовую (представляющую собой смесь исходных реагентов и продуктов реакции) и твердую (цеолитный катализатор марки ZSM-5). Для количественной оценки интенсивности тепло- и массопереноса применялись безразмерные критерии подобия. Кинетические параметры химических реакций вводились непосредственно в уравнения сохранения массы, импульса и энергии. Исследование проводилось в диапазоне температур от 300 до 500 °C при варьировании массового расхода сырья от 0,5 до 1 кг/(м²·с).

Валидация модели и полученные результаты: В ходе моделирования была подтверждена обратная зависимость между степенью конверсии сырья и его массовым расходом. Однако был выявлен примечательный гидродинамический эффект: при повышении температуры время пребывания (residence time) реагентов в реакторе, вопреки ожиданиям, сокращалось. Физический механизм данного явления заключается в следующем: с ростом температуры плотность образующейся газовой смеси резко уменьшается, что вызывает значительное объемное расширение (volumetric expansion). В условиях фиксированного (ограниченного) объема реактора это расширение неизбежно трансформируется в линейное увеличение линейной скорости газового потока. В результате расширяющиеся газы буквально «выталкивают» реагенты через слой катализатора быстрее, чем это диктуется кинетикой химических реакций, тем самым физически сокращая время контакта фаз.

Оптимальным режимом с точки зрения максимизации выхода бензиновой фракции и минимизации энергетических затрат был признан режим при температуре 500 °C и массовом расходе 1 кг/(м²·с). В то же время, работа при температуре 400 °C обеспечивала наилучший компромисс между эффективностью процессов тепломассообмена и оптимальным соотношением жидкой и газовой фаз в продуктах.

Источник

Источник

Теги

• #CFD
• #Пиролиз
• #ПсевдоожиженныйСлой
• #Гидродинамика

Источник: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/ra/d2ra01407f

#CFD #Пиролиз #ПсевдоожиженныйСлой #Гидродинамика