含帽型分离器筛板式高速塔水力学性能研究

摘要

基于接触分离式塔板的研究，本文提出了一种含帽型碰撞分离器筛板式高速塔结构。利用帽型碰撞分离器两相分离特性，抑制塔板上的雾沫夹带，大幅提升塔设备的操作气量，推动高速塔技术的发展。 为了确定碰撞分离器的结构类型及参数，本文结合常规碰撞分离结构，提出两种新型碰撞分离结构：Λ型碰撞分离器和∩型碰撞分离器。本文对上述两种碰撞分离器用fluent14.5流体软件进行单相数值模拟分析，结果发现：∩型分离器相对于Λ型分离器压降低，分离效率高。进而，对∩型分离器进行结构参数优化，结果表明：分离层数的增多、横向间距减小、纵向间距减小使得分离器分离效率提升，同时引起压降增大。因此综合效率、压降以及空间利用率可知：当分离元件层数取两层，元件的横向间距与宽度之比（S1/B）为1.0，元件的纵向间距与宽度之比（S2/B）为0.5时，碰撞分离器的效果最佳。 基于碰撞分离器研究的基础，搭建实验平台，研究筛板式高速塔的压降和水力学性能，结果表明：塔板的干板压降和湿板压降都是随着气相流量的增大而增加，且各层塔板压降与气相流量呈现二次曲线关系；液体流量的变化对漏液线和雾沫夹带线的影响很小，塔板漏液线的漏液气量维持在400m3/h～470m3/h之间，雾沫夹带线气量维持在1500m3/h～1600m3/h之间；筛板式高速塔的正常操作工况范围的F因子（筛孔动能因子）为8.05～25.6，整个塔设备的操作弹性为75%。 通过实验对比研究旋流式高速塔和筛板式高速塔的差异，结果表明：随着空塔气速的增大，筛板式高速塔的干板压降和湿板压降远小于旋流式高速塔，且气速越大两者压降相差愈加明显；筛板式高速塔的漏液线高于旋流式高速塔，漏液时筛板塔板空塔气速基本维持在0.9m/s，旋流塔板空塔气速为0.15m/s，且两者的漏液线随液量变化均无较大变化；筛板式高速塔的雾沫夹带线远高于旋流式高速塔，雾沫夹带时，筛板式高速塔空塔气速维持在3.56m/s左右，旋流式高速塔空塔气速基本维持在0.4m/s左右；筛板式高速塔F因子的变化范围为8.05～25.6，操作弹性为74.7%，旋流式高速塔的F因子变化范围为9.1～19.9，操作弹性为62.5%。因此筛板式高速塔板相对旋流式高速塔而言，操作弹性较大，压降较小，更适用于处理大流量的高压塔。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 塔设备的介绍国内外塔设备的研究进展

1.1.1 塔设备的研究

1.1.2 传统板式塔介绍

1.2 大通量塔板的研究现状

1.2.1 国内大通量塔板的研究现状

1.2.2 国外大通量塔板的研究现状

1.3 汽液两相流分离

1.3.1 分离方法

1.3.2 碰撞分离理论

1.3.3 碰撞分离现状研究

1.4 本文研究目的和主要工作内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 主要工作

2 设备设计与实验平台搭建

2.1 设备设计

2.1.1 设计思想和要求

2.1.2 塔设备总体结构设计

2.1.3 塔设备局部结构设计

2.2 实验系统流程

2.2.1 实验流程

2.2.2 实验因素水平

2.3 实验平台

2.3.1 实验设备的介绍及使用要求

2.3.2 实验装置的安装要求

2.4 本章小结

3 碰撞分离器单相流场数值模拟

3.1 控制方程

3.1.1 守恒性方程

3.1.2 湍流模型

3.1.3 离散格式

3.1.4 求解器

3.2 数值模拟流程

3.2.1 建立几何模型和边界条件

3.2.2 离散相模型

3.2.3 模型网格化分

3.2.4 模型验证

3.3 模拟结果分析及其结构优化

3.3.1 分离元件结构的影响

3.3.2 ∩型分离器分离元件层数的影响

3.3.3 ∩型分离器分离元件横向间距的影响

3.3.4 ∩型分离器分离元件纵向间距的影响

3.4 本章小结

4 塔设备的压降和水力学性能实验研究

4.1 实验介绍

4.1.1 实验内容

4.1.2 实验步骤

4.1.3 实验数据处理

4.2 实验现象与分析

4.2.1 塔板压降

4.2.2 液泛现象的研究与数据分析

4.2.3 漏液现象的研究

4.3 塔板负荷性能图

4.4 本章小结

5 新型筛板式高速塔塔板与旋流式高速塔的对比

5.1 旋流塔板实验介绍

5.1.1 实验装置

5.1.2 实验流程

5.2 压降的比较

5.2.1 干板压降的比较

5.2.2 湿板压降的比较

5.3 漏液线和雾沫夹带线的比较

5.3.1 漏液线的比较

5.3.2 雾沫夹带线的比较

5.4 负荷性能图的比较

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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