针对热敏物料精馏的降液式再沸器的研究

摘要

目前，在工业生产中热敏物料的分离和纯化方法主要是精馏，但热敏物料的汽化装置容易出现结焦、堵塞的现象。因此，本文提出一种新型再沸器-降液再沸器，并对降液再沸器内流体分布不均匀问题和降液管内强化传热问题进行了研究。
　　首先，本文对降液再沸器流体分布不均匀性进行了实验研究，考察了不同流量下，圆锥形导流件的结构和位置对降液再沸器流体分布不均匀系数ξ的影响。实验结果表明，当降液式再沸器的封头内充满液体时，在封头内加入适当的圆锥形导流件有利于流体的均匀分布。在七种导流件中，当导流件的圆锥角角度为120度、底边直径的大小为封头内径的0.5倍、导流件顶端距离封头进液管管口的竖直高度为封头总高度的0.1倍时，导流件的导流效果较好，此时各个流量下降液管内分布不均匀系数ξ减小了54％-69%，(qi-q)max/q的最大值为3.21%，压降增大了4.3%-16.7%。
　　其次，为了研究降液管内的强化传热，本文通过FLUENT建立了内置连续扭带和间断扭带的降液管模型，模拟了单管内流动和传热特性，考察了内置不同扭带时管内传热的努赛尔准数、阻力因子和传热效果综合评价因子（PEC）的变化。由模拟结果可知，当以水为工作介质并且降液管管内雷诺数在9952~59712之间时，连续扭带管与光滑管相比管内传热系数和阻力系数均增大，但是PEC均小于1。导致这种现象的根本原因是流动阻力过大。因此，减小阻力系数可以提高内置连续扭带降液管管内流体的综合传热效果。
　　与连续扭带相比，内置间断扭带的降液管管内传热系数和阻力均有所减小，但是传热综合效果评价指标PEC均增大。当间断扭带的间断距离为节距的2倍时，管内传热的PEC为1.05~1.33，有效地提高了综合传热效果。

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第一章 文献综述

1.1热敏物料分离现状

1.2热敏物料精馏的特点和影响因素

1.3针对热敏物料精馏的再沸器的相关研究

1.4再沸器流体不均匀分布问题和强化传热技术

1.5计算机数值模拟技术简介

1.6课题的提出及本论文的工作

第二章 降液再沸器管内流体分布不均匀性实验研究方法

2.1前言

2.2实验前准备

2.3实验步骤

2.4最小流量计算方法及流量测量结果准确性验证

2.5本章小结

第三章 降液再沸器管内流体分布不均匀性实验结果分析

3.1圆锥形导流元件对流体分布不均匀系数ξ及压降的影响

3.2导流元件圆锥角大小对流体分布不均匀系数ξ和压降的影响

3.3导流元件底边直径对流体分布不均匀系数ξ和压降的影响

3.4导流元件安装位置对流体分布不均匀系数ξ和压降的影响

3.5本章小结

第四章 降液式再沸器管内单相传热几何模型和数学模型的建立

4.1降液管的形状及尺寸

4.2网格的划分

4.3物性参数与边界条件

4.4基本控制方程和湍流模型的选择

4.5本章小结

第五章 降液再沸器管内单相传热数值模拟结果与分析

5.1RNG k-ε湍流模型模拟管内单相流体流动及传热准确性的验证

5.2内置连续扭带降液管数值模拟结果分析

5.3内置间断扭带降液管内传热性能和阻力性能分析

5.4内置间断扭带降液管内传热的综合性能评价（PEC）

5.5内置间断扭带降液管内速度分布图分析

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢