规整填料塔内气-液两相并流流动的传递性能研究

摘要

随着绿色化工的发展,国家对节能降耗的呼吁,使得节能降耗成为目前化工行业发展的一个趋势。而众所周知,精馏、吸收等化工单元操作占化工能耗的主要方面,因此,探求在这些单元操作中的节能非常重要,而规整填料塔内气液两相并流流动在节能方面所具有的优势使得我们非常有必要对其进行研究。
　　 本文在80mm的填料塔内对Mellapak350Y规整填料,分别测试了Fv因子从1-5,液相流量从50L／h-400L／h下气液两相并流流动的压降和持液量,测试介质为空气和水。测试结果发现,在气相Fv因子一定的情况下,随着液相喷淋密度的增大,一般单位填料层的压力降和持液量均随之增大,但发现在小气相Fv因子下,随着液相喷淋密度的增大,压降变化却不明显；在液相喷淋密度一定的情况下,随着气相Fv因子的增大,单位填料层的压力降和持液量也随之增大。
　　 对Mellapk350Y规整填料建立了三维的气、液两相并流流动的CFD模型,采用VOF法对规整填料塔内气、液两相并流流动的流动过程和流场进行了模拟,并分别对Fv因子从1-5,液相流量从50L／h-400L／h下的压降和持液量进行了拟合。将模拟结果与实验结果进行比较发现,本文提出的气、液两相并流流动模型能够较好的模拟流体的流动过程。
　　 对于并流流动的压降,CFD模拟值和实验值的比对发现,随着液相喷淋密度的增大,压降均呈增大趋势,且模拟值和实验值在数值上基本吻合,误差在20％以内；但发现在小气相Fv因子下,随着液相喷淋密度的增大,压降却呈反常现象。同时和文献中气液两相在逆流流动的情况下相比较,发现在数值上并流流动的压降值较逆流流动要小70％左右。
　　 对于并流流动的持液量,模拟值和实验值的比对发现,随着液相喷淋密度的增大,持液量均呈增大趋势,且模拟值和实验值在趋势上一致；随着气相Fv因子的增大,填料层的持液量明显减小,且和文献中描述的气、液两相逆流流动的情况相比,持液量在数值上可下降50％,甚至更多。
　　 对于并流流动的填料润湿比表面,CFD模拟发现,随着液相喷淋密度的增大,规整填料的润湿比表面积逐渐增大；随着气相Fv因子的增大,规整填料的润湿比表面积逐渐减小,同时并流流动的规整填料润湿比表面积在数值上比逆流流动的情况要小。