张鹏[1]2002年在《加压下规整填料塔内流体流动和传质特性的研究及其计算流体力学模拟》文中研究说明本文首先在内径为150mm的精馏塔内对Mellapak 250Y型波纹板规整填料在加压下的传质性能进行了测试实验的操作压力为0.3-2.0MPa实验物系为正丁烷/正戊烷实验是在全回流条件下进行的研究表明气相总传质单元高度(HTUOG)可分为两部分一部分为不考虑返混影响的净气相总传质单元高度(HTU*OG)另一部分为由于流体的返混而引起的返混单元高度(HBU)根据填料塔不同轴向位置处液相样中正丁烷的浓度可确定HTUOG和HBU的值并给出了求算HBU的经验关联式结果表明在高压下填料的传质效率随压力的升高而下降气相总传质单元高度从1.017MPa时的0.3810m增大到1.924MPa时的0.5454m将上述的精馏塔改填为Mellapak 350Y型规整填料来测量气液单相和气液两相流条件下气液相的轴向返混系数实验的操作压力仍为0.3-2.0MPa气液两相在填料塔内逆流流动气相为氮气液相为水它们的流量分别为2.0-5.0m~3h~(-1)和0.3-1.2m~3h~(-1)(实验条件下)流体的返混特性用示踪响应技术进行测量气相示踪剂为氢气液相示踪剂为饱和的氯化钠水溶液分别用热导法和电导法来检测通过获得的流体停留时间分布曲线采有时间域最小二乘法用一维轴向扩散模型对其拟合可确定不同实验条件下流体的轴向返混系数和有效流速结果表明气相轴向返混系数随有效气速液相喷淋密度和压力的增大而增大但液相喷淋密度和压力的影响要远小于气速的影响液相轴向返混系数随有效液速和气相动能因子的增大而增大压力对其没有影响最后给出了不同条件下计算轴向返混系数的关联式通过引入表征体元的概念采用体积平均的方法建立了规整填料塔内气液单相流和气液两相流的基本输运方程与传统的输运方程相比方程中增加了空隙率相间相互作用力和动力弥散系数叁项根据所建的模型用商业流体力学软件PHOENICS3.3对规整填料塔内流体的流动行为进行了模拟分别给出了压力场速度场和示踪剂浓度场的模拟结果根据模拟的示踪剂浓度分布对气液相单相流的轴向返混系数进行了估算所得结果与实验值的平均偏差为22
陈江波[2]2006年在《高压下规整填料塔的计算传递和传质性能》文中研究表明为加强对高压下规整填料塔的传质机理的研究,在内径为150mm的填料塔内,分别测试了0.70、1.10、1.30、1.50、1.70和1.90MPa(绝压)六个操作压力下Mellapak 350Y型金属板波纹规整填料的传质性能,实验为全回流,测试物系为正丁烷/异丁烷混合物,液相的负荷范围为10.45~67.14m~3/(m~2·h)。实验测得填料的等板高度的数值在0.15~0.61m之间。分析实验数据发现:在0.70~1.70MPa的操作压力范围内,当压力一定时,随着Fv因子的增加,填料的效率增大;而在1.90MPa时,填料的效率在液泛前的一段操作范围内发生恶化。建立了叁维CFD模型,对规整填料内液相单相流流场进行了模拟。为了验证模拟计算的结果,利用叁维LDV技术对规整填料内液相单相流流场进行了测量。实验结果表明,本文提出的模型能够较好地模拟流体的流动趋势。这说明CFD模型能够较好的模拟规整填料内的单相流动行为。在此基础上,对加压下内径为150mm的填料塔内气相单相流的返混行为进行了模拟,操作压力范围为0.30~1.80MPa,并将其结果与实验值进行了对比。计算结果表明,模型预测的气相返混系数与实验测量值的趋势一致,但在数值上偏小。在上述研究的基础上,采用VOF法初步建立了加压下规整填料塔内气、液两相逆流流动模型,模拟物系和条件均与高压精馏实验一致。模型中考虑了影响液膜流动的两个重要作用力:表面张力和气、液相间作用力。根据模型计算了不同操作压力以及不同气相Fv因子下填料内气、液相的流动过程,并根据结果讨论了操作压力和气相Fv因子对液相流动的影响,同时还根据计算结果估算了填料内的持液量和有效润湿比表面积。在流体力学模型的基础上,对加压下规整填料内气、液相间的传质过程进行了模拟,模型中采用(-|c~2)-ε_c模型取代常用的施密特类似律法来计算湍流扩散系数。根据计算得到的浓度分布计算了规整填料的传质效率,并与实验数据进行了对比。对比结果表明本文建立的模型计算得到的HETP值与实验值吻合较好,其平均相对误差为25%。
梁茜[3]2016年在《大型CO_2捕集塔内气液流动特性模拟研究》文中认为百万吨燃煤电厂烟气CO2捕集系统中填料塔直径达到十米以上,其所引起的放大效应易造成气液相分布不均匀,从而导致塔效率降低、产品质量下降、系统能耗增高。为了减少或者消除放大效应,本文从提升入塔气体分布技术和分析优化填料内部气液相分布规律等角度开展了填料塔内气液流动特性模拟研究。利用计算流体力学软件FLUENT对双列叶片式气体分布器进行流场模拟,以气体不均匀度和压降为评判准则,从速度场、压力场、湍动能及湍动耗散率分布场等角度进行描述分析。结果表明第一组叶片通道处和分布器远端部位气流量相对较小,分布器中心平面及上下盖板处存有一定数量的漩涡。经过分布器后气体大多沿塔壁向上流动,不均匀度较大。因气流摩擦和速度梯度的原因,气流的压降损失和湍流耗散主要集中在分布器的上下盖板和挡板叶片处。为了减小气体不均匀度,改善双列叶片式气体分布器的分布性能,本文从其物理结构的优化着手,分别改变叶片数量N、叶片倾角α、叶片半径R、叶片高度H等结构尺寸。模拟结果显示当N=14、α=12°、R=500mm、H=3500mm时分布器性能最佳。为了探究填料表面气液相分布规律,将规整填料简化为平板和波纹板两种结构形式,利用界面追踪技术VOF方法研究了壁面结构、波纹板倾角、液体速度及气相等因素对降膜流动稳定性的影响。结果发现相对于平板而言,波纹板上的流动液膜随着波峰波谷的交替震荡而易发生断裂。液膜厚度随流速的增大而增大,壁面剪切力随流速的增大而减小。虽然在一定程度上增大流速可以强化传质,但对于尺寸较大的波纹板,流速过大对气液接触效果反而不利。将波纹板倾斜0°、30°、45°、60°,比较分析得出波纹板壁面剪切力整体的变化趋势均与倾斜角呈反比。对于倾斜角度比较大的波纹板,液膜对壁面的附着力较强,在同等液速下不易发生液泛。待液相流场稳定后,设定气体进口速度,气体进入计算区域后加大了对液膜表面的扰动。在较低气速下波纹板上液膜表面即可发生比较剧烈的界面湍动,连续液膜也更容易发生破裂,形成雾沫夹带。
任海伦, 安登超, 朱桃月, 李海龙, 李鑫钢[4]2016年在《精馏技术研究进展与工业应用》文中研究说明精馏是化学工业中应用最广泛的关键共性技术,广泛应用于石油、化工、化肥、制药、环境保护等行业。精馏具有应用广泛、技术成熟等优点,但存在设备投资大、分离能耗高等问题,因此研究开发新型高效传质元件、开发新型节能精馏技术,具有重要的社会意义和经济价值。本文从精馏塔类型、流体力学性能、传质性能、塔器大型化、过程节能、过程强化等方面,介绍了精馏技术的研究进展与工业应用。对于板式塔,从气液两相流动状态、压降、漏液和雾沫夹带方面研究了塔板的流体力学性能;对于填料塔,从压降、液泛和持液量方面研究了填料塔的流体力学性能,但目前的研究仍以经验关联式为主,缺乏严谨的的理论模型。对于气液两相的传质性能研究,简述了气液两相传质理论,但科学、精准的传质模型尚未提出。对于塔器大型化的应用研究,介绍了塔板、气液分布器和支撑装置等大型化关键技术的工业应用。从精馏过程典型节能技术、耦合节能技术、流程节能技术、低温余热回收和特殊精馏等方面,介绍了精馏过程节能与强化的应用进展。文章最后对精馏过程的传质、强化和集成进行了展望。
黄莹[5]2006年在《规整填料特征单元内流动与混合过程的CFD研究》文中进行了进一步梳理规整填料在反应,分离及混合等领域有着广泛的应用,填料内部流体的流动结构对相关设备的运行效率,如传质效率和混合效率等有重要的影响,但规整填料内流体流动情况的基础研究文献报道很少。因此对规整填料特征单元内流体的流动情况,及其混合能力进行深入的研究具有重要的意义。早期对规整填料内流动的研究集中在宏观流动分布方面,目前则集中在填料内部及更小尺度的流动描述上,而且采用CFD方法研究填料内部的流动成为一种趋势。本文针对Mellapak 350Y型规整填料特征单元内的流动及混合现象,利用计算流体力学(Computational Dynamics Fluid, CFD)的方法模拟了单元内的液相单相流流动,并结合脉冲示踪法对其混合行为进行了研究,考察了特征单元在不同流速下的返混系数。为选取合适的计算流体力学模型,首先进行了实验测量,建立了相应的实验装置,在室温下以甘油水溶液(65%,wt)为测试液体,利用激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter, LDV)测量不同雷诺数下规整填料单元内的流场分布。利用该实验结果表明RNG(Renormalization group)k-ε模型最适合描述规整填料内流体的流动。再利用该模型进行多个特征单元的计算模拟,发现有良好的重复性,说明特征单元的选取是合理的。为了定量地研究流体在规整填料内的返混现象,利用选取的RNG k-ε模型研究了不同流动参数下的轴向返混系数。在流场模拟计算稳定以后,在填料单元其中一个入口(inlet1)处注入示踪剂,使用非稳态计算模型计算NaCl示踪剂在填料单元内的传递过程,得出单元出口处示踪剂的RTD曲线,利用RTD曲线求得返混系数,结果发现表观液速对轴向返混系数影响较大,并随着表观液速的增大而增大,而且流体在不同出口的轴向返混系数基本一致。另外为了更好地了解在填料单元内不同出口的浓度分配情况,在填料单元其中一个入口(inlet1)处连续注入示踪剂。计算其在单元内的浓度分配,并分别在两个出口处计算溶液中示踪剂的浓度分率。计算结果表明不同物系在不同出口的浓度分配呈现完全不同的规律。
王琨, 张鹏, 刘春江[6]2004年在《计算流体力学在填料塔中的应用》文中认为本文综述了计算流体力学在填料塔中的应用和进展情况,并根据研究方法的不同,将其分为两类,即整体平均的研究方法和单元综合的研究方法。并对各研究方法的优势和不足及其应用前景进行了评述,认为用计算流体力学来研究填料塔内流体的流动状况是今后的发展趋势。
朱赞强[7]2008年在《XD-1新型锥度螺旋填料的特性研究》文中进行了进一步梳理填料塔是化学工业中常用的一种气液分离设备,填料作为填料塔的核心构件,其性能对填料塔的操作性能及应用范围有极大的影响。XD-1新型锥度螺旋填料,其独特的锥度螺旋结构能使气液两相由逆流接触转变为错流接触,使之与常规填料相比有完全不同的流体力学特性。该填料具有处理能力大、填料层压强降小、制作简易、传质效率高等优点,在工业上有着广泛的应用前景。本论文从流体力学性能和传质性能两部分来研究锥度螺旋填料。在φ80mm的冷模实验塔内,用空气-水物系测定在气相动能因子为0.12-0.80,液相喷淋密度为0-56.59m3/(m2·h)时锥度螺旋填料的流体力学特性,还与θ环、丝网波纹填料进行了比较。传质性能的测定分冷模实验和热模实验两部分。在φ80mm的冷模实验塔内,用空气-二氧化硫-水物系测定在气相动能因子为0.12-0.30,液相喷淋密度为11.32-33.95 m3/(m2·h)时锥度螺旋填料、θ环和丝网波纹填料三种填料的传质性能。另外,在φ25mm和φ50mm的热模实验塔内,以乙醇-水为体系,在全回流操作条件下,测定锥度螺旋填料、拉西环和θ环三种填料的理论塔板数N。实验结果表明:锥度螺旋填料的流体力学性能和传质性能要优于拉西环、θ环和丝网波纹填料。流体力学性能测试中,锥度螺旋填料、θ环和丝网波纹填料三种填料的空隙率之比为:0.823:0.947:0.855时,在相同喷淋密度下,单位高度填料层压降之比却为:0.58:1.10:0.62。以传质单元高度考察填料传质性能的冷模实验结果表明,锥度螺旋填料的传质性能要比θ环和丝网波纹填料要好,而以理论塔板数考察填料传质性能的热膜实验结果表明,锥度螺旋填料比θ环和拉西环填料具有更高的传质效率。此外,本文将不同气相动能因子和液相喷淋密度下单位高度的锥度螺旋填料层压降进行了关联,得出经验关联式,同时,本文在考虑了系统内气液两相流动、物性特征及填料结构参数对压降的影响下,提出了填料塔内锥度螺旋填料的压降模型,经验证,该模型的计算值与实测压降数据吻合较好,为锥度螺旋填料的开发和设计提供了理论依据。本文在前人的基础上进一步研究了锥度螺旋填料在流体力学和传质方面所体现的优异性能,为锥度螺旋填料的工业化应用奠定了基础。
李雪锋[8]2011年在《立装规整填料的性能实验研究》文中指出本文主要研究了立装规整填料的流体力学及传质性能。首先将250Y型金属板波纹填料平装在西北大学化工学院新建的多功能塔器热模实验装置中,通过空气—水系统测定平装填料流体力学性能包括填料的压降、壁流量、持液量,然后再以空气-水-CO2为物系测定其液相总传质单元高度,将以上测定的结果与文献资料的实验结果相比较差别较小。一方面,说明多功能塔器热模实验装置在工艺流程设计中的合理性,同时也能很好地检验设备仪表的运转显示是否正常；另一方面,也能说明我们在整个实验操作中,实验方法、实验过程是否规范、科学。其次,再将立装填料安装在填料塔中,在同样的操作条件下测定其压降、壁流量、持液量和液相总传质单元高度,实验结果表明,立装填料的每米干填料压降比平装填料每米干填料压降平均降低了约18.7%；在喷淋密度分别为20、30、40、50m3/(m2.h)下,立装填料比平装填料每米填料压降分别降低了约10.85%、10.92%、9.77%和11.33%;壁流量分别减少了约10.72%、11.63%、8.28%、12.13%；持液量分别平均提高了约11.82%、9.58%、15.62%、15.13%；液相总传质单元高度分别降低了约16.29%、16.79%、17.36%、19.30%。以上的实验结果表明立装填料的流体力学和传质性能均优于普通的平装填料。本文进一步通过理论分析建立物理模型和数学公式推导建立了立装规整填料的壁流量计算模型,分别考察了液体喷淋密度和气相动能因子对壁流量的影响情况,模型计算值和实验值吻合程度较好。同时研究了立装规整填料塔,底截面自中心延伸至塔壁的径向叁个等面积环隙区域的液体分布规律,结果发现中心区域流量最大,环隙区域次之,靠近塔壁区的流量最小,说明立装规整填料在消除壁流效应方面效果显着。本文还对结构类似的立柱状捆包型催化填料进行了压降的测定,并分析讨论实验现象和结果。同时将实验结果与洛阳石化工程设备研究所塔组对该填料的流体力学性能测试报告进行比较,以验证本次实验数据是否可靠、准确。立装规整填料是将整盘平装填料分割成若干块小柱体,每一块小柱体就是一个填料单元。同一截面上的填料单元并联组成填料自然段,若干个自然段组成整个填料段。上一层自然段的分割交叉点在下一层自然段填料单元的中心,这样可使液体重新分配,阻止液体径向流动至塔壁形成壁流。而捆包型催化填料是将催化剂填充在纤维布袋中,再将纤维布袋缝制成竹排式管状夹在两层不锈钢丝网袋之间,然后卷成圆柱状分层安装在填料塔中。不足之处是各捆包接触之间以及靠近塔壁处空隙太大,气液分布不均匀。因此,本课题组构思着将立装填料几何结构的优势及良好的流体力学和传质性能与催化填料在装填催化剂方面的优点耦合起来,克服捆包型催化填料外形结构及安装方面的不足,研制开发新型高效立装规整催化填料,希望能通过以上的实验过程,为新型高效立装规整催化填料提供基本的实验数据,由于时间和实验条件的限制,本文只能对催化填料的压降进行研究,后来者可以继续对其各种性能做进一步的实验和优化,为开发工业应用的新型高效立装规整催化填料提供初步的基础数据。
吴西瑞[9]2006年在《高压下规整填料中气液传质性能与混合特性的实验研究》文中指出本文首先在内径为19mm的精馏塔内对丝网型波纹规整填料在高压下的传质性能进行了测试。实验的操作压力为0.7～1.9MPa,实验物系为正丁烷/异丁烷,实验在全回流条件下进行。实验测得的丝网规整填料等板高度数值在0.05～0.12m范围之间;通过对数据的分析发现,在所有测试压力下,随着气相负荷的增加,在恒持液区填料分离效率呈现略微增大的趋势;并且随着压力的增大,填料的分离效率也有所提高。并将实验结果与天津大学以前的实验结果以及FRI的实验结果进行了比较,发现本文数据与有些文献数据存在一定的差异,本文认为这主要是由实验装置的规模和填料塔内件的不同造成的。对“效率驼峰”出现的机理和可能原因进行了分析,本文认为由各种因素引起的不均匀流动及气液相返混是其发生的根本原因。通过对物系物性对传质过程影响的定性分析,得出了较小的表面张力,较低的液相粘度、密度和气相粘度以及较高的气相密度这些因素对传质过程都是有利的。利用一维轴向扩散模型,根据精馏过程中实测的浓度剖面计算了气相轴向返混系数。结果显示,气相轴向返混系数随着气相速度、液相速度的增大而增大,压力对其基本没有影响。最后给出了实验条件下的气相轴向返混系数的关联式,并对比了计算值和实验值,发现它们的平均偏差小于15%。
袁孝竞, 余国琮[10]1995年在《填料塔技术的现状与展望》文中研究说明介绍了填料塔和塔填料的发展史、现状和工业应用情况；分析了填料塔内流体流动与分布、传质过程中的返混现象和传质动力学等理论研究中的若干技术问题，并指出了今后的研究方向。
参考文献：
[1]. 加压下规整填料塔内流体流动和传质特性的研究及其计算流体力学模拟[D]. 张鹏. 天津大学. 2002
[2]. 高压下规整填料塔的计算传递和传质性能[D]. 陈江波. 天津大学. 2006
[3]. 大型CO_2捕集塔内气液流动特性模拟研究[D]. 梁茜. 青岛科技大学. 2016
[4]. 精馏技术研究进展与工业应用[J]. 任海伦, 安登超, 朱桃月, 李海龙, 李鑫钢. 化工进展. 2016
[5]. 规整填料特征单元内流动与混合过程的CFD研究[D]. 黄莹. 天津大学. 2006
[6]. 计算流体力学在填料塔中的应用[J]. 王琨, 张鹏, 刘春江. 天津化工. 2004
[7]. XD-1新型锥度螺旋填料的特性研究[D]. 朱赞强. 湘潭大学. 2008
[8]. 立装规整填料的性能实验研究[D]. 李雪锋. 西北大学. 2011
[9]. 高压下规整填料中气液传质性能与混合特性的实验研究[D]. 吴西瑞. 天津大学. 2006
[10]. 填料塔技术的现状与展望[J]. 袁孝竞, 余国琮. 化学工程. 1995