板式萃取塔降液管结构变化对传质影响的CFD研究

摘要

筛板萃取塔由于其处理量大,结构简单,造价低廉,被广泛应用于化工生产过程。塔内液液两相的流动结构对传质效率有重要影响,而塔内连续相流动结构又与塔内件结构密切相关。为此,本文提出通过对传统筛板塔内降液管结构的改造,使塔内连续相流动结构得到改善,进而提高塔的萃取效率。关于本文提出的传统筛板萃取塔结构改造形式的相关研究尚未见文献报道。
　　 本文首先对传统筛板萃取塔内连续相流动结构进行了CFD二维模拟。结果表明传统筛板萃取塔内,连续相在塔板上局部区域流速过大,会促成连续相在两层塔板问形成一个回流死区,对两相接触传质极为不利。
　　 为此,本文在传统筛板萃取塔结构基础上,提出几种关于传统筛板萃取塔的结构改造形式,主要通过改变塔内降液管的结构,以及添加导流挡板,来改善塔内连续相的流动结构。本课题通过CFD模拟手段来预测塔内连续相流动情况,并利用PIV测速实验来验证模拟结果。通过比较分析,表明模拟结果与实验结果基本一致。模拟和实验结果均表明,当降液管结构改变后,塔内连续相流动结构得到改善。在改造后的塔内,连续相流速分布更加均匀,两层塔板间连续相漩涡流动减弱,漩涡流速减小,回流区面积减小,使塔内两层塔板间近2／3空间得到有效利用。
　　 在连续相流动结构研究的基础上,本文对不同降液管结构形式的萃取过程进行初步的传质研究。模拟物系为煤油-醋酸-水,利用煤油萃取水中的醋酸。通过比较不同结构形式下连续相的进出口浓度差,从而得到各塔的传质效率。结果发现,改变降液管结构能够有效提高传质效率,在本文模拟范围内,最高可提高传质效率66％。