梁晓飞，姚亚，罗正鸿

（上海交通大学化学化工学院，上海 200240）

流化催化裂化提升管反应器的CFD-PBM耦合模型：矩方法适用性比较

梁晓飞，姚亚，罗正鸿

（上海交通大学化学化工学院，上海 200240）

建立了描述FCC提升管中气-固流动行为的CFD-PBM耦合模型，模型同时考虑了颗粒动力学和颗粒聚并破碎内核。讨论了求解耦合模型中众体平衡方程（PBE）的3种典型矩方法［即：正交矩方法（quadrature method of moments，QMOM），直接正交矩方法（direct quadrature method of moments，DQMOM）和固定轴点正交矩方法（fixed pivot quadrature method of moments，FPQMOM）］对模拟结果的影响。研究结果表明3种矩方法均能合理预测提升管内径向和轴向颗粒体积分数和颗粒速度分布。通过将模拟结果与实验结果进行比较，表明QMOM在反应器结构简单情况下，计算结果更接近于实际情况。

流化催化裂化；计算流体力学；颗粒粒群衡算；矩方法

引　言

多分散流化床反应器（fluidized bed reactor， FBR）在现代工业上被广泛使用，如工业化的烯烃聚合反应体系和流化催化裂化（fluid catalytic cracking，FCC）体系大部分在流化床中进行。为了能够高效操作和优化多分散流化床反应器，需要对它内部的流体动力学行为准确了解。随着计算机硬件的高速发展，计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）逐渐成为一种能够高效预测FBR内多相流动行为的重要工具。由于在多分散FBR中涉及颗粒的增长、聚并和破碎等行为［1-3］，颗粒粒径会在一定范围内分布以及变化。因此，为了得到符合真实情况的模拟结果，在该类反应器的CFD模拟中必须使用粒径分布（particle size distribution，PSD）来表示颗粒相，不能再如传统CFD模拟那样只使用单分散分布［4-8］，而众体平衡方程（population balance equation，PBE）是一种能够描述颗粒多分散性的重要工具。……