Einsatz von CFD bei der Auslegung von Spaltöfen für Olefinanlagen

und Optimierung vorgestellt. Zur Simulation wird das Programm Fluent mit den folgenden Einstellungen und Modellen eingesetzt: . Das stationäre einphasige Strömungsfeld dient als Startbedingung für die Berechnung der zweiphasigen Strömung, die instationär erfolgt. . Die Bewegung der Rührer wird mit den MRF-Verfahren abgebildet. . Die Zweiphasenströmung wird mit dem Eu- ler-Euler-Modell mit separater Berechnung von Strömung, Turbulenz und Speziesver- teilung für jede Phase simuliert. . Die charakteristische Blasengröûe muss als Parameter mit entscheidendem Einfluss auf Strömung und Gasverteilung vorgegeben werden. Die Validierung der Blasengröûe kann durch iterativen Abgleich zwischen ge- messenem und simuliertem integralen Gas- gehalt erfolgen. . Die Routinen zur Berechnung des Stoffüber- gangs in die Flüssigphase sowie der Kinetik werden als ¹User Defined Functionª pro- grammiert. Die entsprechenden Gleichun- gen werden, basierend auf [1], adaptiert. Der Vergleich von simulierten Gröûen, wie z. B. Sauerstofftransportkoeffizient und Gas- gehalt, zeigt eine gute Übereinstimmung mit am Fermenter gemessenen Werten. Als Basis für Prozessoptimierung und Scale-up liefert die Simulation wertvolle Informationen über die Verteilung von Sauerstoff und Substrat im Reaktor. [1] S. Schmalzriedt, M. Jenne, K. Mauch, M. Reuss, Adv. Biochem. Eng. 2005, in press. Wärme- und Stofftransport V 5.07 Einsatz von CFD bei der Auslegung von Spaltöfen für Olefinanlagen Dr. H. Möbus 1) (E-Mail: [email protected]), Dr. D. Kaufmann 1) 1) Linde AG, Geschäftsbereich Linde Engineering, Dr.-Carl-von-Linde-Straûe 6-14, D-82049 Höllriegelskreuth. DOI: 10.1002/cite.200590293 Die industrielle Gewinnung von Olefinen erfolgt überwiegend durch endothermes Cra- cken von längerkettigen Kohlenwasserstoffen. Zu diesem Zweck wird ein Prozessgas durch im Feuerraum hängende Spaltrohre geleitet, die von auûen befeuert werden. In jüngerer Zeit haben kommerzielle numerische Werk- zeuge zur Strömungssimulation eine Güte er- reicht, die die erfolgversprechende Anwen- dung auf industrielle Öfen erlaubt. Damit wird es grundsätzlich möglich, die Interaktion im Ofenraum zwischen Strömungsmechanik, Verbrennung und Wärmeübertragung auf- grund von Konvektion und Strahlung zu be- schreiben. Der Vortrag stellt das Vorgehen bei der Aus- legung von Spaltöfen mit Unterstützung von CFD vor. Den Ausgangspunkt der Validierung der Modelle bilden Messungen von Wärme- stromprofilen in einem Testofen. Neben den Ergebnissen dieser Versuche gehen Art und Verbrennungsprinzip der Brenner in die Aus- wahl der Modelle ein. Vergleiche zwischen Messungen und Berechnungen zeigen bei ge- eigneter Wahl der Simulationsparameter gute Übereinstimmung. In einem weiteren Schritt werden die Modelle auf den realen Spaltofen unter Prozessbedingungen übertragen. Zur genauen Beschreibung des Gesamtsystems ist dabei auûerdem die exakte Erfassung der Wär- mesenke (d. h. der Prozessvorgänge in den Spaltrohren) durch eine Koppelung mit Pro- zesssimulationswerkzeugen erforderlich [1]. Die so gewonnenen Wärmestromprofile er- lauben nicht nur eine genauere Vorhersage der erwarteten Laufzeit zwischen zwei Ent- kokungen. Die numerische Strömungssimula- tion bietet darüber hinaus Einblick in das Strö- mungsverhalten im Feuerraum. Sie verbessert damit das Verständnis der Vorgänge, erlaubt die Identifikation wichtiger Einflussfaktoren und gibt Hinweise auf Verbesserungsmöglich- keiten. [1] H. Möbus, D. Kaufmann, Chem. Ing. Tech. 2003, 75 (1-2), 41. DOI: 10.1002/cite.200390019 1044 Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, No. 8 Computatonal Fluid Dynamics www.cit-journal.de 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

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