Cyclone separators are key equipment for various fluidization processes, such as FCC units, since cyclone performances have significant impacts on these process productions. Many parameters affect cyclone performances in different ways. Among these parameters, the cyclone height influences both efficiency and pressure drop. Different cyclone geometries seem to yield different heights for higher efficiency, though the exact relations are unclear. Too low or too high cyclone height will result in low efficiency. But almost all existing cyclone design criteria take the cyclone height as a fixed value and little studies focus on the optimal height, thus affecting the designed cyclone to attain maximum efficiency in use. A set of numerical and experimental investigations on the cyclone height is put forward in this application. The proposed research will examine the motion of vortex within a cyclone, determine the vortex length and maximum efficiency cyclone height at various combinations of cyclone heights, inlet and vortex finder cross-sections, operational parameters and wall roughness, exploring the mechanisms of cyclone height on efficiency and relationships between the vortex length and maximum efficiency cyclone height, in order to provide the scientific basis for cyclone height optimization. The research is aimed at establishing calculation methods for the maximum efficiency cyclone height, improving the cyclone optimal design model, and thereby significantly enhancing the cyclone performances in industry. This NSFC proposal has a good academic innovation and industrial practical value.
旋风分离器是石油催化裂化等流态化生产过程的一项关键设备,其性能的优劣对装置的生产、节能减排有重要影响。旋风分离器高度对分离效率、压降都有影响,过低或过高都会明显降低分离效率,但目前对之缺乏研究。工程设计几乎都按经验将分离器高度取固定值,从而影响不同应用场合下旋风分离器最优性能的发挥。本申请拟通过数值模拟和实验系统地研究不同进气口、排气口尺寸条件下,分离器高度、操作气速、器壁粗糙度等对旋风分离器内旋涡尾端运动、旋涡长度和分离效率、压降的影响;建立旋涡尾端的测定技术;揭示旋风分离器高度对分离性能影响的规律与作用机理;为旋风分离器高度的优化设计提供科学基础。建立旋涡长度计算方法和分离器最大效率高度的设计方法,填补现有研究在这方面的不足;完善分离性能的模型计算和旋风分离器的优化设计技术,提高旋风分离器在石油催化裂化等过程装置中的应用效果。本申请的研究具有很好的学术创新和工业应用价值。
旋风分离器是石油化工生产过程中重要的气固分离设备,具有结构简单、成本低廉、适用于高温高压工况等优点,广泛应用于石油、冶金、发电等多个工业领域。国内外研究者对旋风分离器的分离性能、操作条件、性能优化等方面进行了深入的研究,但对于旋涡长度(旋涡尾端)、最大效率高度、旋涡流动的不稳定性还缺乏整体的认识,仍需进行深入考察。本研究通过数值模拟和试验两种手段,探究了旋风分离器各结构参数对分离性能的影响,从而对旋涡尾端的形成机制、测量手段以及其对旋风分离器分离性能的影响有了系统的认识,并建立了计算旋风长度的计算公式。在此基础上,考察分离器不同结构尺寸对分离性能的影响,包括分离器高度、筒体直径、排尘结构等;重点考察了分离器高度对流场及分离效率的影响规律,阐述了旋风长度与分离器最优高度的相互关系,提出了依据旋风长度设计旋风分离器设备高度的准则,为旋风分离器的设计提供理论指导;此外,还通过数值模拟和试验方法研究器壁粗糙度和入口浓度对旋风分离器内旋涡尾端运动、旋涡长度和分离效率、压降的影响,综合分析二者对分离器壁面摩擦特性影响,建立了壁面摩擦特性的参数式;考察了入口气速对分离性能的影响,并发现最大效率入口气速的规律,建立了预测最大效率入口气速模型。综合以上研究对旋风分离器内气流的复杂运动有了更全面的认识和了解。
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数据更新时间:2023-05-31
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