筛孔塔板气液两相流动的速度场模拟

<正>由于气体的搅动,筛孔塔板上的流动是极其复杂的气液两相流。目前两相流理论尚不成熟,未见运用此理论对塔板流速场的研究报道,Zhang和Yu的研究虽考虑了气相对液相流动的影响,但由于利用单相流理论,计算结果与实际情况有较大偏差。本文利用Elghobashi等建立的两相流双流体模型,建立了塔板上气液两相流二维流速场计算模型。在此基础上,通过调整模型参数,考虑了液层高度对塔板上返流区二维流型的影响,建立了模型参数值与液层高度的关系,实现了考虑液层高度影响的二维流动——拟三维流动的模拟。计算结果与Porter的实验结果基本相符。     

单、双溢流塔板液体停留时间分布和板效率的研究

在2米半园筛板试验装置上,用多点电导连续测量和微机数据采集系统研究了单、双溢流塔板的液体停留时间分布和流动型式.得到的等平均停留时间分布图表明,单溢流塔板上液体流动型式相当复杂.在双溢流板中,中央降液管塔板的流动情况与单溢流板的前半部相似;边降液管板的液体流动则要均匀得多.本文建立了由液体等平均停留时间分布曲线计算单、双溢流塔板板效率的数学模型,并给出了关系图.最后,本文提出两种改善液体流动均匀性的新结构,实验证明它们能够明显地提高板效率.     

倾斜塔板液相三维流场的数值模拟

由于塔体受到横向载荷作用,板式塔的塔板倾斜,塔板上的液体流动发生变化。采用VOF两相流模型,利用计算流体力学(CFD)商用软件FLUENT数值计算了直径0.38 m倾斜塔板上液相的三维流场分布,模拟计算过程中选用塔板上液体持有量作为流动达到准稳态的标准。在不同液体流量和塔板倾斜角度下,对比了塔板上液面高度的模拟计算值和冷模实验塔测量的实验数据,二者吻合较好,说明所建的数学模型可以很好地数值计算倾斜塔板液相的三维流场分布。模拟结果表明,塔板倾斜时,板上液体的回流区中心偏向塔板倾斜方向,与无倾斜的塔板相比,液流方向与塔板倾斜方向相同时的回流区增大,而液流方向与塔板倾斜方向相反时,回流区面积减小。     

多溢流大型塔板的计算传质学

利用计算传质学方法研究了直径12.6 m的四溢流大型塔板上液相流动结构对塔板效率的影响,建立了描述多溢流塔板上液相流动和传质状况的理论化计算模型。应用该模型,研究了传统等鼓泡面积设计方法条件下单块塔板的速度场和浓度场。结果表明,所模拟四溢流塔板的左侧翼塔板出现返流区,而右侧翼塔板流动结构相对均匀未出现返流区。为进一步优化塔板结构,提高传质效率,对左侧翼塔板提出了加设导流板的改进结构。计算结果表明,改进的塔板结构在一定程度上改善了塔板上液相的流动结构,使得塔板效率较传统设计方法提升了4.53%～9.22%（当Q₁/Q₂=［0.5,1.5］时）。     

塔板上流型变化对板效率影响的计算传质学

利用能够描述塔板上气液两相错流过程的流体力学模型,建立了同时模拟气液两相流动与传质过程的数学模型;通过对气液两相传质方程和流体力学模型方程的联立求解,计算得到了塔板上液相速度分布和气液两相浓度分布的数值解,考察了气相完全混合和气相部分混合两种条件下塔板上的气液两相浓度分布,同时考察了气相完全混合时流型变化对塔板效率的影响.     

波纹导向浮阀塔板二相流场的数值模拟

塔板上二相流动情况的不同对板上传热传质的影响较大,仅仅通过实验很难了解板上流动和气液传质的非理想情况。为了深入了解波纹导向浮阀塔板的流体力学性能,在阀片全开状态下,采用计算流体力学(CFD)对1 000 mm的波纹导向浮阀塔板的两相流场进行了模拟研究,建立了欧拉-欧拉两相流三维模型,考虑了气液二相间动量传递作用。为了检验模拟结果的可靠性,将模拟得到的清液层高度与实验值进行对比,验证了所建模型的正确性。研究结果表明,波纹导向浮阀塔板具有良好的流体力学性能,板上气液分布较均匀,弓形区返混区域小。     

新型多降液管塔板的流体力学性能及其流场CFD模拟

开发了一种流场均匀且液相处理能力大的新型多降液管塔板。本文以水和空气为介质，在内径1219mm的有机玻璃塔内，研究了新型多降液管塔板的流体力学性能。结果表明，在相同气液负荷下，相较于弓形降液管塔板，新型多降液管塔板具有湿板压降低、雾沫夹带量小和漏液少等优点。同时新型多降液管塔板继承了多降液管（MD）塔板液相负荷高的特点，在空塔动能因子2.4(m/s)·(kg/m³)^0.5的条件下，全塔喷淋密度仍可高达80m³/(m²·h)。对塔板上液相流场的流体流动特性进行了计算流体力学（CFD）分析，并将模拟结果与MD塔板进行对比。结果表明，新型多降液管塔板降液管的结构和排布方式使得塔板上液体流动更加均匀，预期可以获得更高的塔板效率。     

组合导向浮阀塔板的CFD模拟及反向流分析

精馏塔板上的气液两相流动对传质效率有重要影响。根据实验数据拟合得到平均气含率关联式,将其加入动量源项,采用Fluent软件对1.2 m直径的组合导向浮阀塔板上的气液两相流动进行CFD模拟,考察了塔板上的气液两相流动状况。清液层高度的模拟结果与实验数据关联式相吻合,验证了模拟的正确性。对塔板上液相的非理想流动进行了分析,通过对反向流进行量化和统计计算出反向流体积分数(即反向流体积占塔板总体积的百分比)。3块不同浮阀排布塔板的反向流体积分数时均值的计算结果表明,梯形浮阀和矩形浮阀的排布方式对反向流影响很大,通过合理排布能够使工业塔板的反向流体积分数时均值从22.0%下降到19.4%,降幅达到11.8%。本研究结果可望对塔板的设计和优化提供指导。     

组合导向浮阀塔板的CFD模拟及反向流分析

精馏塔板上的气液两相流动对传质效率有重要影响。根据实验数据拟合得到平均气含率关联式,将其加入动量源项,采用Fluent软件对1.2 m直径的组合导向浮阀塔板上的气液两相流动进行CFD模拟,考察了塔板上的气液两相流动状况。清液层高度的模拟结果与实验数据关联式相吻合,验证了模拟的正确性。对塔板上液相的非理想流动进行了分析,通过对反向流进行量化和统计计算出反向流体积分数(即反向流体积占塔板总体积的百分比)。3块不同浮阀排布塔板的反向流体积分数时均值的计算结果表明,梯形浮阀和矩形浮阀的排布方式对反向流影响很大,通过合理排布能够使工业塔板的反向流体积分数时均值从22.0%下降到19.4%,降幅达到11.8%。本研究结果可望对塔板的设计和优化提供指导。     

考虑气相影响的塔板流速场模拟

引言用计算机对塔板上液相流速场的模拟对于准确地预测塔板的分离效率具有重要意义．但塔板气液两相错流流动问题比较复杂,迄今未得到很好解决．李建隆提出零方程单流体塔板流场计算模型,对涡流粘性系数采用代数估值的方法求解其模型,模型中考虑了气体的阻力作用,模拟计算结果未能给出常见的回流区．张敏卿提出考虑垂直气相流阻力作用的K－ε湍流模型,即在标准K－ε湍流模型的动量输运方程中引入一气体阻力项,其它方程及方程中的系数不变．此模型在某些工况下可模拟出部分回流区．袁希钢等从Elghobashi的两相流双流体模型出发,在推…     

立体传质塔板板上液相流场的三维数值模拟

针对立体传质塔板(CTST)操作时的特点,对1 000 mm的CTST板上液相流场进行了三维计算流体力学(CFD)数值模拟.计算得出了板上液相流场的三维分布特征;实验测量和模拟结果对比,结果吻合较好,说明文中模型有较好的准确度,可以用于CTST板上液相流场的预测.对相同条件下筛板和CTST板上的液相流场分别进行模拟,...     

立体传质塔板（CTST）高效分离塔板技术进展

立体传质塔板（CTST）作为一种结构独特、性能优异的喷射型塔板，具有通量大、效率高、压降低、抗堵性能强、消泡性能好等特点。其优异特性是塔板与其附近气液流场多相耦合作用的结果。本文介绍了CTST塔板结构、压降、持液量等特性，对塔板附近气液流场性能机理进行综述，并进一步总结了CTST的优化方向及近年来的典型应用实例。由于CTST在不改变塔径的情况下替换塔板即可增大处理量和分离效果，能够以最小的投资提高产量，目前已在全世界多个国家和地区成功应用。其中，中国500多家企业的4000多套塔都已成功运行。覆盖了石化、PVA、制药、氯碱、PTA、苯精制/顺酐、化肥等行业。虽然CTST在工程应用上获得了广泛认可，但其作用机理仍有进一步研究的空间。完善CTST性能机理的研究对改进CTST、发展高效分离塔板技术有着重要意义。     

立体传质塔板板上液相速度场的实验研究

在1 000 mm的冷模实验塔内采用热膜测速仪对立体传质塔板(CTST)的板上液相速度分布进行了实验研究。得到了CTST板上液相在平面上的速度分布特征;在液层高度方向,液相速度分布在塔板进口、出口和帽罩的底隙附近,分别具有不同的特点。考察了堰高、液体流量、板孔气速对板上液相流场的影响。测量结果表明,罩内气体的提升作用对板上液相流场影响较大,底隙附近的液体速度与进入塔板的液体速度之比随堰高和板孔气速的增大而增大,随着液体流量的增大,该比值减小到一定程度后略有回升。     

Hydrodynamic Characteristics in the Counter‐Flow Total Spray Tray

The capacity of a column is limited by the distribution of gas and liquid, especially in case of large‐diameter cross‐flow trays. In order to solve the bottleneck, a new counter‐flow tray named total spray tray (TST) was put forward. Taking air/water as medium, the hydrodynamic behavior, including the pressure drop, weeping, entrainment, and clear liquid height, was investigated, in comparison with the CTST, which had a higher capacity. Based on experimental data, the correlations of the TST pressure drop were established by regression analysis method. The experimental results show that the TST has a lower wet pressure drop and less weeping. More interestingly, its clear liquid height can be self‐adjusting with the variation of the gas kinetic energy factor, which is beneficial to improving the capacity.     

鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘流动特性与CFD模拟

就痕量精馏中塔板传质效率低、需强化气液传质的问题,研究者提出了新型鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘,通过在筛板上泡沫层高度范围内设置一层破泡装置,打破大气泡,减小气泡体积,强制界面进行更新,从而提高传质效率。采用双欧拉模型分别对鼓泡破泡一体化塔盘和筛板进行了气液流场的数值模拟,并对模型进行了验证。对比两种塔板的计算结果可以看出：在相同操作条件下,破泡装置将大气泡破裂成无数小气泡,使高气含率区域面积较普通筛板进一步增大,且气含率梯度变化更均匀;增加破泡装置后,在相同气速条件下气泡上升速度下降,气体在液层中的滞留时间延长,使鼓泡层高度增加,可显著提高传质效率,且降低了气体雾沫夹带量;破泡装置还明显改善了气相的纵向分布,气含率由塔板底部向上逐渐增大且存在明显分界;破泡装置附近湍动较剧烈,气泡破碎喷出的气体会进一步撕裂液膜,气体破碎作用会抑制气泡聚并,促进界面的快速更新更有利于传质过程的进行。研究结果可对工业塔板设计和优化提供指导。     

CFD优化精馏塔板的液流状况

应用计算机对过程的模拟(仿真)研究是过程系统工程(process systems engineering,简称PSE)的重要组成部分,本文应用计算流体力学(computational fluid dynamics,简称CFD)模拟研究了液流强度和堰径比对精馏塔板液流状况的影响,并且模拟计算了改进塔板液流状况的两种方案:设置不等高入口堰和设置圆弧型的导流板,从模拟结果可以看出,以上两种方案都能够很好的达到优化塔板液流状况的目的。     

新型正交波纹板流体力学性能CFD模拟

介绍一种新型穿流塔板--正交波纹板。以欧拉-欧拉两相流模型为基础,建立了正交波纹板上气液两相流场的三维数学模型。CFD模型中主要考虑了气液两相间的曳力作用,相间动量传递源相采用Krishna计算方法。以清液层高度为指标,对CFD模型的可靠性进行了验证。在不同气液负荷下,对正交波纹板的压降、板上液相速度分布及塔内气液分布状况等流体力学性能进行了研究,并与淋降筛板进行对比,结果表明正交波纹板具有更高的操作弹性和更好的操作稳定性。     

CTST-F1复合塔板的实验研究

结合CTST和F1浮阀各自的优点,在CTST塔板的基础上组合得到了新型的CTST-F1复合塔板.以空气-水为物系,在直径为570 mm的有机玻璃冷模实验塔内,对CTST-F1复合塔板的清液层高度、板压降、雾沫夹带、漏液量等流体力学性能进行了实验测定,并与CTST塔板和F1浮阀塔板的性能进行了比较.由实验数据关联得到了复...