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。     

鼓泡塔反应器气液两相流CFD数值模拟

对圆柱形鼓泡塔反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟的表观气速范围为0.02～0.30 m•s^-1; 模拟采用了双流体模型,并耦合了气泡界面密度单方程模型预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸的影响。液相湍流采用考虑气相影响的修正k-ε模型,两相间的动量传输仅考虑曳力作用。模拟获得了轴向气/液相速度分布、气含率分布、湍流动能分布以及气泡表面面积密度等,对部分模拟结果与实验值进行了定量比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

鼓泡床反应器流动特性的CFD研究进展

从计算模型和影响因素2个方面系统综述了鼓泡床反应器内气液两相流CFD的研究进展。介绍了与模型建立相关的多相流模型、湍流模型、相间作用力和气泡尺寸模型的选择和适用情况。总结了表观气速、液相性质、反应器尺寸、分布器和内构件等对反应器流动特性的影响。最后指出了目前存在的不足,并对其发展进行了展望。     

鼓泡塔中气含量分布与液体循环流动模型

考察了气-液鼓泡塔中气泡流和液流的运动规律，提出了将分散的气泡流连续介质化的假设和基于容积通量的流体力学表达方式，建立了气含率分布与液体内循环流动结构的连续介质流模型，较好地揭示了液体循环流动规律. 模型计算与实验结果吻合.     

加压鼓泡塔反应器中气液两相流CFD数值模拟

对加压气液鼓泡塔反应器内的气液两相流进行了二维数值模拟,模拟的压力为0.5～2.0 MPa,表观气速为0.120～0.312 m/s;模拟采用了Euler-Euler模型,并耦合了气泡群平衡模型（PBM）预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡的影响。液相湍流采用标准k-ε模型,两相间的作用力只考虑曳力。模拟获得了局部气含率、局部气/液相时均轴向速度及其径向分布等数据,并与实验结果进行比较。结果表明,局部气含率、局部气相速度模拟结果与实验结果吻合较好,局部液相速度径向分布特征模拟结果与文献结果相符。     

弓形降液管两相流动的CFD模拟

采用欧拉两相流模型,模拟了弓形降液管内的空气一水两相流动,得到了与弓形降液管堰长垂直截面上的气含率分布与两相的速度分布.结果表明,降液管底部气含率低,中部的气含率增加显著,上部的气含率较高.液相对气相有很强的夹带作用,同时气相的浮力对于液相流动也有一定的阻碍作用.将模拟结果与文献进行对照,两者吻合较好,说明提出的模型对于降液管内流体流动状况的模拟是合适的.     

应用电导探针测定鼓泡塔内气泡参数

介绍了一种性能稳定的双头电导探针的制作工艺、测量原理。并用此电导探针测量了一定静液层高的带单个泡罩的鼓泡塔内气液两相流参数,包括局部气含率、界面浓度、当量直径等,并首次回归了局部气含率随空间位置、气体流量变化的关联式。     

基于OpenFOAM模拟精馏塔板的气液流动

本研究对筛孔型精馏塔板上的空气-水两相流进行了模拟,模拟方法采用基于开源软件平台OpenFOAM的双流体模型框架。模拟体系选用Solari-Bell经典实验体系,研究了不同操作条件下的气液两相流动参数,包括清液层高度、气相速度、液相速度和塔板压降等,模拟结果与实验结果的变化趋势基本一致。基于CFD模拟结果,分析了不同工况下塔内气液两相速度场与气含率分布等流动参数,结果表明本工作可以较好地捕捉塔板上的气液流动特征。进一步地,讨论了应用OpenFOAM模拟精馏塔内气液两相流动的若干影响因素,在此基础上分析了气液错流体系相间曳力对模拟结果的影响,实现了与使用商业软件模拟结果相接近的预测效果,验证了使用OpenFOAM模拟精馏塔体系的可行性。     

不同分布器对鼓泡塔气液两相流影响的CFD模拟

对不同分布器的鼓泡塔反应器内的气液两相流体动力学行为进行了三维瞬态数值模拟.模型采用欧拉-欧拉双流体模型以及RNG κ-ε湍流模型,研究了不同分布器设计对鼓泡塔反应器气液两相流的影响.模拟得到了鼓泡塔内整体气含率、液相速度矢量分布、时均气含率以及时均轴向液速的径向分布等结果,并对部分模拟结果与文献实验结果进行了比较,其结果吻合得较好,证实了随着分布器开孔越均匀则有利于加强流形的非对称性,从而加剧了气液两相径向混合,但对整体气含率的影响不大.     

流体振荡器气泡碎化特性数值模拟

为了探究流体振荡器中气泡碎化特性,采用重整化群(RNG) k-ε湍流模型和流体体积函数(VOF)多相流模型研究流体振荡器中的气液两相流。通过数值模拟分析了气泡在流场中的变形和破碎行为,考察不同流动参数对气泡破碎的影响。同时进行可视化实验,用实验结果验证了模拟的准确性。结果表明,流体振荡器可作为一种新型气泡发生装置。振荡频率越高,流体振荡器中的气泡碎化效果越好;随着液速增大,气泡变形程度加剧,破碎概率增加,生成子气泡也越多;剪切应力和涡流碰撞是导致气泡破碎的主要机制;射流振荡促使气泡向振荡腔壁面偏移,气泡初始直径越大,水平偏移量越大,越容易发生破碎。     

筛板结构对多级鼓泡塔中流体力学参数的影响

在外径0.3 m的多级鼓泡塔中采用双探针电导探头考察了筛板结构对鼓泡塔中筛板上下两处流体力学参数的影响,并与无筛板鼓泡塔中流体力学参数进行了对比。研究结果表明:带筛板的鼓泡塔中气含率径向分布规律和无筛板的鼓泡塔相类似,筛板上下二侧的平均气含率随表观气速的增加而增加;在鼓泡塔轴向位置上,筛板下侧的气含率普遍比筛板上侧气含率要高;筛板的孔分布方式对于气含率径向分布有着一定影响,但孔径大小对此影响较小。     

剪切变稀体系同心双轴搅拌釜内的气液分散模拟

气液搅拌设备因其良好的适用性被广泛应用于过程工业中。为更好地比较不同工况下剪切变稀体系中的气液分散情况,通过实验研究整体气含率和相对功耗确定适宜的转动模式,进而模拟研究表观气速、体系黏度、搅拌转速对气含率和气泡尺寸的影响。结果表明,相同功率下内外双桨反向旋转模式在理想气液分散条件下,相较于单轴内桨和内外双桨同向旋转模式具有更高的气含率和更好的气体泵送能力;表观气速的增加有利于气泡的均匀分散,但气泡尺寸也会随之增大;有效黏度的增加使得搅拌桨的影响区域变小,不利于气泡的均匀分散,气泡尺寸也随之增大;搅拌转速的增加使得循环涡流的影响区域变大,高气含率区不断扩大。     

高速气流冲击对筛板稳定性影响的数值模拟

近年来塔板吹翻的现象在化工生产中时有发生。设备的开停车、塔板的吹扫阶段、不同操作压力设备的联通、设备的泄压过程等都可能会引发塔板的吹翻,而高速气体对塔板的冲击是造成塔板吹翻的直接诱因。本文采用有限元计算方法,建立了数值模拟模型,研究了筛孔气速、开孔率和开孔直径对塔板受高速气体冲击时稳定性的影响。将模拟结果与实验结果进行了对比分析,验证了模型的可行性。在此基础上,进一步模拟研究了筛板塔内高速气体冲击塔板的物理过程,得到不同结构参数和操作参数下塔板的应力分布情况。结果表明,塔板受高速气体冲击时,塔板边缘和中心处为应力值最大的部位,并且塔板应力值随着筛孔气速呈二次方关系增长,而随着开孔率线性下降。对于开孔率一定的塔板,存在一最佳的开孔直径,使得塔板受高速气体冲击时其应力值最小。     

Flow regimes and mass transfer in counter-current bubble columns

Counter current bubble columns have the feature that specific gas-liquid interfacial area and gas holdup are larger than those for standard and cocurrent bubble columns. In this study, three different flow regimes, churn-turbulent flow, bubble flow and bubble down-flow, have been observed in a counter-current bubble column and correlations of gas holdup and volumetric liquid-phase mass transfer coefficient have been proposed as functions of operating variables such as the superficial velocities of gas and liquid, the gas-liquid slip velocity and the liquid properties.     

气泡羽流气液两相流动特性的研究进展

气泡羽流是一种复杂的气液两相流,广泛应用于废水处理、石油加工、环保等工业领域。气泡羽流的流动特性对气液两相间质量、动量传递及工业应用至关重要。本工作总结了理论与实验研究等方面气泡羽流流动特性的研究进展。详细讨论了气泡羽流气液两相流体水力学特性、羽流运动行为的影响因素。根据气含率、气泡直径等水力学参数的预测模型和经验公式,归纳了不同液相物性和结构参数下羽流模型的适用范围,揭示了流动对传质的作用。总结了分层流体中气泡羽流流型变化规律、羽流去分层效果以及引起流型变化的影响因素。阐释了横向流动环境下羽流的偏移行为呈线性变化,该变化与横向流速及表观气速等因素有关。最后讨论了气泡羽流气液两相流动特性研究手段和理论方法的局限性,展望了气泡羽流运动规律多尺度研究的方向。     

气液并流筛板式填料压降的数值模拟

基于欧拉-欧拉模型,采用CFX软件对筛板式填料的气液两相并流流动进行了模拟。将模拟所得的压降与填料的出厂特性值进行了对比,发现在液气动能参数较小的情况下,两者吻合较好。分析了该流场内的速度分布和压力分布的特点,射流卷吸作用使流场内两相流体混合,但涡旋使筛板下方压强减小,射流撞击使筛板上方压强增加。对不同结构的矩形筛板式填料的压降进行研究,结果表明：筛板孔径和液相流量是影响筛板压降的重要因素,开孔直径越小,液相流量对单板压降的影响越大;上层筛孔投影与下层筛孔相交的结构更能有效降低单板压降。液相流量较大时,两个不同板间距的单板压降曲线将相交于一点,气相流量低于此交点时,板间距越小,单板压降越大;气相流量高于此交点时,则相反。     

双溢流立体传质塔板上液相流场CFD研究

采用计算流体力学方法对直径为2 600 mm的工业规模双溢流立体传质塔板板上气液二相流动进行了模拟研究。计算了不同工况下收缩流和扩张流2种流型的液相流场分布,得到了双溢流塔板收缩流和扩张流2种流型的板上气液二相流场分布规律。通过将清液层高度的CFD结果和经验公式的计算结果进行对比,验证了所建模型的正确性。模拟计算结果表明:边降液管收缩流板面液相流动较均匀,近似于均匀的收缩流,不存在回流区;中降液管扩张流板面液相流动不均匀,靠近塔板中心流速较快,塔板弓形区存在着回流现象;板孔处的帽罩区液层较其他地方小,液相体积分数较其他地方低,扩张流受气相的影响较收缩流大。     

Effect of resistance internal on hydrodynamic behaviours and bubble characteristics in a laboratory-scale bubble column

A novel resistance internal is proposed to optimize the flow field and improve the gas–liquid contact in a co-hydrogenation reactor of coal and vacuum residuum. Local gas holdup, local liquid velocity, and characteristics of the bubble were investigated in a scaled-down laboratory model. The quantitative results showed that the resistance internals could reduce the thickness of the liquid reflux layer by a percentage up to 32% and reduce the difference in the local gas holdup at cross-sections of up to 44%. The Sauter mean diameter of the bubble decreased from 20.30 to 16.00 mm, which aroused the increase in bubble surface area by a percentage of up to 71.9%. The resistance internal promoted the breakup of the bubble with multiple mechanisms and provided diversion to fluid. In this work, improvement at multiple scales was realized, and the technical support for industrial application was provided.