新型气液传质元件的流体力学性能研究

摘要

精馏是化工分离过程中的重要操作单元之一。精馏塔的处理能力通常受到气体进入方式和雾沫夹带的限制，造成能耗较大。节能降耗已成为社会发展的必然趋势，本文将离心力引入到气液传质过程之中，设计开发出了一种新型高通量节能塔板，采用实验和模拟相结合的方法对该新型塔板的流体力学性能进行了研究，并通过优化实验确定了塔板性能最佳时的结构参数。 首先对含有传质元件的新型塔板进行了实验研究。实验以空气-水为介质，在直径为500mm的有机玻璃塔中测试了其干板压降、湿板压降、漏液率、雾沫夹带率以及液相默弗里效率等塔板流体力学数据。实验结果表明，新型塔板的湿板压降比相同条件下的筛板低70%，并在大通量情况下，仍能维持较低的漏液率和低雾沫夹带率。由此可证明新型塔板具有更优良的流体力学性能和更高的操作弹性。 根据塔板结构建立了物理模型和数学模型，划分优质网格后利用Fluent软件对塔板元件进行了气相单相流和气液两相流模拟。由模拟计算得到了元件内的气液两相速度场、压力场、湍流动能和气液分布等流场信息，且计算结果与实验测试值相吻合。同时，发现元件内溢流管高度和壳体上液相出口等结构参数对元件的流体力学性能影响较大。基于实验和模拟结果，最后通过优化实验获得了综合性能最佳时元件的结构参数为：溢流管底端距离盲板50mm，壳体上液相出口位置距离叶片30mm，壳体上液相出口数量为2个、总面积为1.88×104mm2。

目录

声明

前言

第1章 文献综述

1.2板式塔分类和介绍

1.2.1 错流式塔板

1.2.2 逆流式塔板

1.2.3 并流式塔板

1.2.4 离心分离式塔板

1.3板式塔流体力学性能

1.3.1 塔板上气液接触状态

1.3.2 塔板压降

1.3.3 液泛

1.3.4 漏液

1.3.5 雾沫夹带

1.4.1计算流体力学简介

1.4.2 计算流体力学在精馏塔板研究中的应用

1.5本研究课题的来源和意义

1.5.1课题来源

1.5.2 课题研究意义

1.5.3 课题研究内容

第2章 新型传质元件的流体力学性能实验研究

2.1.1传质元件的结构

2.1.2 传质元件内的气液两相流动原理

2.1.3 传质元件在塔内的排布形式

2.2传质元件的流体力学性能实验

2.2.1 塔板参数

2.2.2 实验装置及流程

2.2.3 实验参数的测量及计算

2.2.4 实验结果与讨论

2.3小结

第3章 传质元件内气液两相流场数学模型的建立

3.1.1流体力学基本控制方程

3.1.2 湍流模型

3.1.3 控制方程的离散化和求解方法

3.1.4 计算流体力学的求解过程

3.3传质元件数学模型的建立及求解

3.3.1 单相流数学模型

3.3.2 多相流数学模型

3.4小结

第4章 传质元件内气液两相流场模拟

4.1.1物理模型的建立和网格划分

4.1.2 操作条件的设置

4.1.3 边界条件的设置

4.1.4 气相单相流模拟结果与讨论

4.2传质元件的气液两相流模拟

4.2.1操作条件的设置

4.2.2 边界条件的设置

4.2.3 气液两相流模拟结果和讨论

4.3小结

第5章 传质元件的模拟优化

5.1.1溢流管高度的优化

5.1.2 壳体上液相出口位置的优化

5.1.3 壳体上液相出口面积和数量的优化

5.2小结

第6章 传质元件实验优化

6.1.1溢流管高度优化实验

6.1.2 壳体上液相出口位置的优化实验

6.1.3 壳体上液相出口面积和数量优化实验

6.2小结

第7章 结论与展望

7.2课题展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢