泡罩立体筛板塔性能研究

摘要

本文首先综述了国内外新型塔板尤其是泡罩立体筛板的结构特点，以及对塔板气液两相流的研究现状，通过分析指出气液两相流问题的复杂性及其模型化尚存在的问题。论文从理论和试验两个方面对泡罩立体筛板的性能进行了研究。
　　 通过实验研究，对泡罩立体筛板进行了三次结构改进，每次找出设计不成功的原因，分析原因后进行改进，最后得到了一种性能比较好的泡罩立体筛板。
　　 在1000mm×400mm规格的试验塔中，以空气和水为工质进行了冷膜实验，测定了多种气液负荷下泡罩立体筛板的总板压降、雾沫夹带、泄漏量等流体力学性能，利用氧解吸法标定其塔板传质效率，并在相同条件下与垂直筛板进行了对比试验。
　　 泡罩立体筛板结构新颖，充分利用塔板空间进行传质，具有通量大、效率高、抗堵性能强、消泡性能好等优点。罩内气相速度分布比较合理；气液两相负荷均可较大幅度提高，而且雾沫夹带量非常低；试验结果表明，泡罩立体筛板的塔板效率比传统的垂直筛板高了l0～20％，且峰值范围宽广，雾沫夹带比垂直筛板低，在操作弹性范围内泄漏量趋于零，只是在压降比垂直筛板稍高，是一种综合性能优良的新型塔板。
　　 在蒸馏设备中，板式塔研究的一个重要方面就是应用计算流体力学对塔板上流体流动状况及传质过程的研究。应用CFD建立了以RNG k-ε双方程湍流模型为基础，采用有限体积法求解的泡罩立体筛板罩上三维单相流模型。模型采用SIMPLE算法求解压力和速度耦合方程，并且采用CFD商用软件FLUENT对模型进行求解。模拟结果和实验数据能较好的吻合，说明模型能较准确的反映气体在喷射罩上部的流动情况。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2板式塔的发展

1.2.1塔设备的作用

1.2.2塔设备的分类

1.2.3塔板的发展

1.3塔板流体力学及传质性能的研究

1.3.1塔板压降

1.3.2雾沫夹带的研究

1.3.3泄漏量

1.3.4塔板效率

1.3.5传质模型

1.4计算流体力学及其应用

1.4.1 CFD概述

1.4.2 CFD在化学工程中的应用

1.4.3计算流体力学在精馏塔板上的研究进展

1.4.4计算流体力学在塔板上传质过程的研究进展

1.5研究内容

1.6题目来源

第二章实验方案

2.1试验装置

2.1.1试验条件

2.1.2试验设备参数

2.1.3试验流程

2.1.4试验内容

2.1.5注意事项

2.2试验步骤

2.2.1试验方法

2.2.2塔板效率的计算

2.2.3其它各项性能数据的计算

第三章结构改进

3.1第一种结构

3.1.1结构形状

3.1.2实验结果

3.2第二种结构

3.2.1结构形状

3.2.2实验结果

3.3第三种结构

3.3.1结构形状

3.3.2实验结果

第四章试验结果

4.1塔板压降

4.1.1不同溢流强度下比较

4.1.2堰高的影响

4.2泄漏量

4.2.1不同溢流强度下比较

4.2.2相同气液负荷下比较

4.3雾沫夹带

4.3.1不同溢流强度下比较

4.3.2相同气液负荷下比较

4.3.3堰高的影响

4.4塔板效率

4.4.1不同溢流强度下比较

4.4.2相同气液负荷下比较

4.4.3堰高的影响

4.5小结

第五章建立模型

5.1基本方程

5.2湍流的数值模拟方法

5.3数值计算方法

5.3.1有限体积法

5.3.2基本方程离散

5.3.3差分格式

5.3.4速度-压强关联算法

5.3.5CFD数值模拟过程

5.4塔板上计算区域网格的划分

5.4.1物理模型及网格划分

5.4.2具体模拟计算过程

5.4.3边界条件及数值计算方法

5.4.4塔板气液两相之间的质量传递

5.5模拟结果

5.5.1气液流速模拟

5.5.2传质计算结果

5.6小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2存在问题及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文