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.     

基于OpenFOAM的精馏塔内气液两相流传热传质模拟

对于精馏塔内的多相传质过程,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)不仅可用于模拟流动现象,而且可以用于研究传热传质过程及其与流动的相互作用规律。基于之前精馏塔板气液流动模拟的研究工作,本研究应用OpenFOAM平台的多相流求解器,考虑了能量方程与组分输运方程,构建了精馏体系的传热传质模型,分别对环己烷-正庚烷理想体系与乙醇-水非理想体系进行了模拟,并分析了塔板上气液两相流动、组分浓度及温度等参数的分布规律。对于理想体系,理想溶液传质模型能够较准确地预测多层塔板上的温度及浓度场;对于非理想体系,需要在理想溶液传质模型的基础上引入活度系数模型,为此对比了UNIQUAC与NRTL两种活度系数模型的效果。在当前模拟框架下,引入活度系数模型有助于提升非理想体系温度场与浓度场的模拟精度,两种活度系数模型预测的整体趋势与文献结果基本一致,但在数值上UNIQUAC模型与文献结果吻合更好。此外,气液两相流场与浓度场分布的对比分析表明,液相的循环流动能够提升塔板的局部传质效率,导致液相入口与塔板堰处的效率高于塔板中心,但是循环区域内气液两相无法及时更新,将导致塔...     

传质系数与浓度的关系

在含 6块塔板的板式塔中选择 2个非理想性较大的二元物系进行全回流蒸馏传质实验 ,同时从描述多组分扩散过程的普遍化方程———Maxwell-Stefan(MS)方程出发建立一个求算传质系数的数学模型 .数据处理和计算的结果表明 ,传质系数不仅与该塔板的浓度有关 ,还与相邻塔板的浓度有关 .对于非理想程度大的醇水物系 ,在不同浓度下的传质系数最大值与最小值相差可达约 1个数量级 .因此 ,对于非理想物系 ,在设计计算中将传质系数当作常数的处理将会产生较大误差 .     

NaOH-CO2体系下并流立体旋流筛板塔传质性能

二氧化碳捕集是应对全球气候变暖问题的重要技术之一。本文使用NaOH溶液和CO₂作为实验体系,在并流塔中对立体旋流筛板（TRST）的传质性能进行实验研究,测定并计算出全塔及塔板段的气相总体积传质系数[K_Ga_e,(K_Ga_e)_t],重点考察塔板安装数量和方式、空塔气相动能因子和喷淋密度、CO₂和NaOH浓度等参数的影响规律。研究结果表明,塔板段是传质过程的主要区间,增加塔板数量以及采用塔板逆向安装方式是提升传质性能的有效技术手段;塔板段的气相总体积传质系数随空塔气相动能因子和NaOH浓度的增加呈先增大后减小的趋势,随喷淋密度和CO₂浓度的增加而减小,最高可达12.18kmol/(m³·h·kPa);建立塔板段的气相总体积传质系数的经验模型,模型计算值与实验数据的吻合性较好,相对误差小于20%。     

单个运动气泡近界面浓度场的研究

对单个气泡传质的近界面浓度场影响因素进行了实验和理论研究．实时激光全息干涉法测量结果表明,运动气泡近界面浓度是一个定态值,受流速、泡径、温度等因素影响显著;假设该传质过程达到局部平衡,进行热力学分析,得到的结论与实验结果一致．在实验测量结果的基础上,对单个O_2气泡在乙醇中吸收时的传质近界面浓度场进行了数值模拟,取得了良好的结果．     

大型反应精馏塔板上传质的二维定数混合池模拟

介绍了大型塔板涉及反应精馏的传质与操作过程,通过对塔板上液体流动分布以及化学反应过程的分析,建立了能够关联液体流速分布和化学反应的塔板液相浓度计算模型。最后将二维定数混合池模型与描述传质的微分方程联立,利用有限元法求解了大型反应精馏塔板上的液相浓度分布。     

喷射工况下的二维传质模型

提出了一个计算喷射工况下塔板效率的二维传质 -混合单元模型 ,可以模拟单元液体提升量、单元间液体交换分率、液体循环分率等模型参数的变化对塔板效率的影响 ,为喷射型塔板的开发与设计提供了一定的理论依据 .     

板式塔气液传质三维与一维塔板的比较分析

板式塔的气液传质三维塔板与传统的二维塔板比较有许多特点,通过比较它们的性能,突出分析了它们在处理能力上的差异.计算实例和使用实例都表明,在同样的质量要求下三维传质塔板比二维的可提高产量一倍左右.     

化工计算传质学的一个改进模型

计算传质学模型由浓度输运方程及其封闭方程和相应的计算流体力学模型组成。使用这一模型可同时计算出湍流传质扩散系数、三维浓度场和速度场分布。但刘伯潭提出的传质封闭方程c2-cε模式,形式复杂而且其模型常数均直接借鉴于传热研究;此外,由于计算流体力学模型对最终浓度场的预测结果有着重要的影响,所以有对其进一步改进的必要。文中对传质封闭方程进行了简化并重新确定了模型常数,而且对计算流体力学模型进行了改进使其预测结果与文献中的实验值符合得更好。通过与文献中的湍流传质扩散系数及浓度值的比较,证明了这一简化的可行性。     

臭氧在对硝基苯酚溶液中的吸收与模拟过程

研究了鼓泡塔中臭氧在对硝基苯酚溶液中的吸收传质过程。首先探讨了pH值和气速对对硝基苯酚降解速率的影响。在 298K下,臭氧被连续通入对硝基苯酚溶液中,臭氧的传质速率因为溶解臭氧与对硝基苯酚的快速反应而大大加强。然后运用与实验条件相同的操作参数,进行了臭氧在鼓泡塔中吸收过程的模拟研究,采用MATLAB软件求解吸收过程的质量平衡方程,模拟了吸收过程中臭氧和对硝基苯酚浓度的变化,并与实验值进行了比较。结果表明,在短的鼓泡塔中,应用全混流模型来描述气相和液相的流体状态是可行的,在 80%的对硝基苯酚降解之前,模拟值和实验值能很好地一致。     

振动微液滴的传质机理与模型

提出了微液滴振动传质的机理模型,基于微液滴振动引起的周围流体介质周期性变化流场和基本输运方程,得到简化的传质控制方程及其数值解,模拟结果表明传质组分的浓度分布具有明显的非均匀特征,其迎流面的浓度梯度显著大于背流面,导出的平均Sherwood数和传质速率随振动频率增加而增大.采用电动力学天平中作一维拟简谐振动的十二烷醇微液滴在氮气介质中的蒸发传质实验数据对模型进行验证,结果表明本文模型所预测的平均Sherwood数变化趋势与实验结果一致,平均Sherwood数预测误差为39.5%,说明本文的传质模型能描述此类微尺度下具有周期性运动特征的单个液滴表面传质现象.     

计算传质法预测精馏塔效率(英文)

A computational mass transfer model is proposed for predicting the concentration profile and Murphree efficiency of sieve tray distillation column. The proposed model is based on using modified two equations formulation for closing the differential turbulent mass transfer equation with improvement by considering the vapor injected from the sieve hole to be three dimensional. The predicted concentration distributions by using proposed model were checked by experimental work conducted on a sieve tray simulator of 1.2 meters in diameter for de-sorbing the dissolved oxygen in the feed water by blowing air. The model predictions were confirmed by the ex-perimental measurement. The validation of the proposed model was further tested by comparing the simulated re-sult with the performance of an industrial scale sieve tray distillation column reported by Kunesh et al. for the strip-ping of toluene from its water solution. The predicted outlet concentration of each tray and the Murphree tray effi-ciencies under different operating conditions were in agreement with the published data. The simulated turbulent mass transfer diffusivity on each tray was within the range of the experimental result in the same sieve column re-ported by Cai et al. In addition, the prediction of the influence of sieve tray structure on the tray efficiency by using the proposed model was demonstrated.     

气液固三相循环流化床气液传质行为

<正>气液固三相流化床反应器在石油化工、湿法冶金、环境工程和煤的液化等工业领域得到了广泛应用,其基础研究也取得了很大进展.但是,传统三相床主要应用于低液速(U_L<     

萃取精馏的计算传质学模拟与实验验证

提出了萃取精馏过程模拟的计算传质学方法,并针对以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂分离苯和噻吩的萃取精馏过程进行了模拟计算。在散堆填料实验塔内进行了相同的萃取精馏实验,得到了萃取精馏塔内浓度分布。将模拟计算结果与实验结果进行比较表明,提出的计算传质学方法能够有效预测萃取精馏塔内浓度和速度分布,为萃取精馏过程设计提供依据。     

GAS-LIQUID MASS TRANSFER IN JET BUBBLE COLUMN

The jet bubble column consists of a conical entrance section which expands to a cylindrical column. Gas and liquid are co-currently introduced at the bottom of the column by a small diameter inlet pipe which acts like an ejector. The kinetic energy of the gas and liquid jet together with the conical geometry at the lower section of the column cause the formation and dispersion of small bubbles.

Gas-liquid mass transfer in the jet bubble column (61 cm diameter) was measured by a dynamic response technique, in which a step change was made in the gas phase oxygen concentration and the aqueous dissolved oxygen concentration response was measured at various axial and radial locations. It was found that a continuous stirred tank reactor model could be used to evaluate experimental results. The volumetric mass transfer coefficient in this type of system was found to increase with increasing gas flow rate and was about 1.5 times larger than the values obtained at similar conditions in conventional bubble columns. Preliminary measurements and calculations indicate negligible effects of liquid velocity and bed height on the mass transfer coefficient.     

MASS TRANSFER IN TURBULENT PULSATING FLOWS

The effect of flow oscillation to the mass transfer between turbulent fluid and solid wall was investigatedby measuring the mass transfer rate between fluid and pipe wall with imposed oscillating flow usingelectrochemical method.The velocity and concentration field in the viscous sublayer which controls the mass trans-fer in such a process was simulated by a simple wave model of single harmonics.Experimental results confirmthat the flow oscillation has no influene on time averaged mass transfer rate,but the phase difference betweenphase averaged velocity field and concentration field shifts with the frequency of imposed oscillating flow.Numeri-cal analysis reveals that the concentration boundarylayer which is responsible for the mass transfer is muchthinner than the viscous sublayer which greatly weakens the influence of imposed oscillating flow on mass transfer.     

不可压热流体中气体传质扩散过程的数值模拟

控制流体流动中溶解的气体分子浓度能有效控制流动过程中的化学反应,而由热产生的自然对流能够加强气体分子的传递,因此研究气体分子在热流体流动中的扩散混合过程有重要意义。应用格子Boltzmann方法,耦合热效应和扩散效应,数值模拟了一个简化的容器中随着自然对流的发展,溶解的氧气分子在整个容器中的扩散过程。首先建立了二维9速模型的双扩散模型来模拟热量和质量的双扩散对流。为了考察不同自然对流流动对气体分子传递的影响,设计了3种不同给热条件,对不同热流动的形成过程和气体分子扩散过程进行了模拟,与文献结果吻合良好。通过详细分析热边界如何影响流动和传质过程,证实了模拟的速度场与文献数据差异的合理性,同时为控制气体传质过程提供给热条件的设计依据。     

微量醇及电解质强化气液传质的研究

在气升式内环流反应器中考察了微量醇类物质(乙醇、叔丁醇、季戊四醇)及电解质(CaCl2)对氧的液相体积传质系数和气含率的影响。结果表明,向空气-水体系中添加微量醇类物质可以明显改善气液传质性能,同时醇类物质强化气-液传质存在一极限浓度,超过此浓度后,氧的液相体积传质系数略有降低;当表观气速增加时,去离子水体系和含醇体系的气含率都增加,但醇体系的气含率明显高于去离子水体系。此外,添加电解质CaCl2也会使氧的液相体积传质系数有所提高,并从离子强度的角度对其抑制气泡聚并的机理进行了分析。     

界面传质中Rayleigh对流的格子Boltzmann模拟和实验验证(英文)

Concentration gradient induced Rayleigh convection can influence effectively interfacial mass transfer processes, but the convection phenomena are known as mesoscopic and complex. In order to investigate this phe-nomenon, a two-equation Lattice Boltzmann Method (LBM) is proposed to simulate the velocity and the concentra-tion distributions of Rayleigh convection generated in the CO2 absorption into ethanol liquid. The simulated results on velocity distributions are experimentally verified by PIV (particle image velocimetry technique) measurements. In order to simplify the analysis, the convection in the simulation as well as in the experiment, the Rayleigh convec-tion was manipulated into a single down flow pattern. The simulated results show that the concentration contours agree qualitatively with the schlieren images in the literature. The experimental and simulated results show that the Rayleigh convection under investigation is dominated by the flow in the downward direction and impels exchange of the liquid between the interfacial vicinity and the liquid bulk promoting the renewal of interfacial liquid, and hence enhances mass transfer. The comparison between the simulated and experimental results demonstrated that the proposed LBM is a promising alternative for simulating mass transfer induced Rayleigh convection.