快速移热型螺旋缠绕式反应器数值模拟

王富荣，石磊，刘姣，丁茯，安萍

工艺与装备

快速移热型螺旋缠绕式反应器数值模拟

王富荣1，石磊1，刘姣2，丁茯1，安萍1

（1. 沈阳化工大学 资源化工与材料教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110142；2. 中国科学院 过程工程研究所, 北京 100190）

为解决传统的绝热固定床反应器不能快速移除反应热的问题，创建了一个内置8根“蛇形”移热管的三维螺旋缠绕式反应器模型，并对其进行了网格独立性验证，最终确定其网格数目为6 216 916个。为验证其移热效果，又分别创建了8根移热管的列管反应器模型1和24根移热管的列管反应器模型2，使用ANSYS Fluent软件分别对三个反应器进行冷水和热空气的逆流换热模拟。采用多孔介质模型代替实际的催化剂，实现气相、催化剂床层、移热管和管内冷却液完全耦合传热的三维计算流体力学（CFD）模拟。模拟结果表明，螺旋缠绕式反应器的进出口温差约为270 K。列管反应器1的进出口温差为30 K。列管反应器2的进出口的温差为157 K。螺旋缠绕式反应器的移热效果比两个传统的列管反应器好，这是由于反应器中的“蛇形”移热管结构增大了反应器的换热面积，所以它的移热效果最好。

数值模拟；螺旋缠绕式反应器；移热

固定床反应器广泛应用于石油、制药、化工、冶金、纺织、电力等领域，例如，在炼油厂的建设中，反应器的投资约占整个工艺设备投资的35%~40%[1]。目前，大部分的商业化固定床反应器工艺，如鲁奇(Lurgi)、托普索(TREMPTM)、以及 DAVY等[2]，由多个反应器串联组成，通过补充产品循环气或水蒸气来消除反应热[3]。……