论文总字数：28710字

摘 要

有机硅材料在现代工业工业的生产中越来越重要，而流化床作为生产有机硅材料的基础设备，在实际的生产过程中却往往要面临被冲刷腐蚀内部导热管，而失效的问题。本文通过计算流体动力学（CFD），采用Fluent软件对DN3000mm新型有机硅流化床反应器U形管的下部冲刷腐蚀现象进行研究。通过控制变量法，本文分别研究了流化床下部结构形式、U形管排列方式、冲刷颗粒粒径和中心管流体进气速度四个参数对U形管下部结构的冲刷腐蚀影响。被建立的5个模型中，若把模型1和模型4分为一组、把模型2和模型3分为一组可以研究流化床尺寸结构对冲刷腐蚀速率的影响。研究表明，通过改变下部筒体直径可以充分发挥过渡段的均匀化作用，从而达到降低冲刷腐蚀速率的效果。把模型1和模型2分为一组、把模型3和模型4分为一组可以研究U形管排列方式对冲刷腐蚀速率的影响，结果显示U形管沿着环向的排列形式较沿着径向的排列形式有更好的抵抗冲刷腐蚀的效果。通过对模型4设定分别为150、200、250、300、350、400μm的颗粒粒径参数可以获得颗粒粒径对冲刷腐蚀速率的影响，对比所得数值，揭示了颗粒粒径与U形管被冲刷腐蚀的速率之间呈现正相关趋势。同时，结果也展示了较小的粒径也可能引起较大的腐蚀速率。通过对模型5设定分别为9.2m/s、13.8m/s、18.4m/s、23m/s、27.6m/s的中心管进气速度可以获得中心管进气速度对冲刷腐蚀速率的影响。通过获得的数据进行曲线拟合，判断出曲线的走势分为两段。在中心管进气速度小于等于18.4m/s时，中心管进气速度增大，但最大冲刷腐蚀速率不变。在中心管进气速度大于18.4m/s时，最大冲刷腐蚀速率随着中心管进气速度的增大而增大。此外，通过分析计算结果，该文还提出了在实际生产中根据具体情况采用下部变更直径结构、改变U形管排列方式配合侧旋进气、适当选用较小的颗粒粒径和较大的中心管进气速度的优化建议。

关键词：计算流体动力学 有机硅 流化床 冲刷腐蚀 Fluent

Study on Erosion and Corrosion Law of U-tube in Silicone Fluidized Bed Reactor

Abstract

In modern industrial production, silicone material is playing an significance role. Fluidized bed, as the basic equipment for the production of silicone material, is often faced with the problem of failure due to erosion and corrosion of the internal heat conduction pipe in the actual production process. In this paper, the erosion and corrosion phenomenon of the lower part of u-shaped pipe in a new type of organosilicon fluidized bed reactor (DN3000mm) was studied by computational fluid dynamics (CFD),by using Fluent. Through the method of control variables, the influence of four parameters of fluidized bed substructure, u-tube arrangement, scour particle size and fluid inlet velocity on scour corrosion of u-tube substructure was studied in this paper. Among the five models established, the influence of the size structure of fluidized bed on the erosion rate can be studied if model 1 and model 4 are divided into one group, and model 2 and model 3 are divided into one group. The results show that the homogenization of transition section can be brought into full play by changing the diameter of the lower tube, so as to reduce the erosion corrosion rate. By dividing model 1 and model 2 into a group and model 3 and model 4 into a group, the influence of the u-tube arrangement on the erosion corrosion rate can be studied. The results show that the u-tube arrangement along the ring has a better effect on the erosion corrosion resistance than the radial arrangement. By setting the particle size parameters of model 4 at 150, 200, 250, 300, 350 and 400, the influence of particle size on the erosion corrosion rate can be obtained. By comparing the values obtained, the positive correlation trend between particle size and the erosion corrosion rate of u-shaped pipe is revealed. At the same time, the results also show that a small particle size may cause a large corrosion rate. The influence of the inlet velocity of the central tube on the erosion corrosion rate can be obtained by setting the inlet velocity of the central tube as 9.2, 13.8, 18.4, 23 and 27.6m/s in model 5. Through the curve fitting of the obtained data, the trend of the curve is judged to be divided into two sections. When the inlet velocity of the central tube is less than or equal to 18.4m/s, the inlet velocity of the central tube increases, but the maximum erosion corrosion rate remains unchanged. When the inlet velocity of the central tube is greater than 18.4m/s, the maximum erosion corrosion rate increases with the increase of the inlet velocity of the central tube. In addition, through the analysis of the calculation results, this paper also puts forward the optimization Suggestions of changing the lower diameter structure, changing the u-shaped tube arrangement and side rotation inlet, choosing the smaller particle size and the larger central tube inlet velocity according to the specific conditions in the actual production.

Key Words: Computational fluid dynamics Organic silicon Fluidized bed Erosion corrosion Fluent

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 有机硅流化床的研究背景 1

1.1 有机硅产业研究必要性 1

1.2 有机硅流化床的简介 1

1.3 U形管式流化床的失效 4

1.3.1 气体泄漏 4

1.3.2 局部结垢 4

1.3.3 冲刷腐蚀 5

1.4 冲刷腐蚀研究方法 5

1.5 冲刷腐蚀的影响因素 7

1.6 国内有机硅行业发展现状 7

1.7 本文主要研究内容 8

第二章 计算流体动力学模型建立 10

2.1 有机硅流化床流场实体模型建立 10

2.2 有机硅流化床流场实体网格划分 13

2.2.1 划分方法的选取 13

2.2.2 划分尺寸的选取 13

2.3 有机硅流化床流场代数方程设置 15

2.3.1 流场代数方程模型选择 15

2.3.2 流场代数方程参数设置 16

2.4 模型结果有效性分析 17

本章小结 20

第三章 U形管冲刷腐蚀规律 21

3.1 U形管最大腐蚀区域 21

3.2 壳体下部是否变径对U形管冲蚀的影响 24

3.3 U形管排列方式对U形管冲蚀的影响 30

3.4 硅粉粒径对U形管冲蚀的影响 32

3.5 进气速度对U形管冲蚀的影响 34

本章小结 36

第四章 DN3000mm新型有机硅流化床经济性评价 37

4.1 装置生产成本估计 37

4.2 总成本费用估算与分析 37

4.3 财务评价 39

4.3.1 盈利能力分析 39

4.3.2 清偿能力分析 40

4.3.3 盈亏平衡分析 40

第五章 总结与展望 41

5.1 论文总结 41

5.2 课题展望 42

5.3 未来有机硅流化床发展方向 42

参考文献 44

致谢 46

第一章 有机硅流化床的研究背景

1.1 有机硅产业研究必要性

现在的技术条件下，有机硅材料，因为其优秀的使用条件和独一无二的性能在工业领域上起到了越来越重要的作用。有机硅生产产业不仅仅是新兴的新材料产业的重要组成部分，还是其它新技术在应用中不得不用到的重要材料。它在部分工业生产领域中的使用在现有技术下是不可替代的，这导致它在技术发展、国防安全、经济持续发展这些方面都有着决定性的价值。研究有机硅材料生产是很有必要性的

1.2 有机硅流化床的简介

现在国内的有机硅材料主要的生产方式是采用E.G.Rochow的“直接发”生产，其主反应为：

根据文献^[1]我们知道了这是一个强放热反应，且由于主反应物中存在硅粉，它的导热性不强，所以反应过程可能积累大量的热量。而此反应生成的氯硅烷在高温下易分解，所以为了维持产物不分解和过程的安全运行，在这个反应过程中必须控制流体温度场，及时吸收排出热量。而这个吸收排出热量的装置就可以理解成流化床的内部“换热器”。流化床可以根据这个内部“换热器”的种类 形式分类为花板式流化床、串联指形管式流化床、U形管式流化床等类型。

请支付后下载全文，论文总字数：28710字