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。     

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.     

CFD在精馏分离中的应用

计算流体力学(CFD)是研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具.本文介绍了板式塔和填料塔内气液流动状况,塔板上和填料层的流体力学模型,论述了国内外CFD技术在精馏塔流场模拟方面的应用,指出了CFD技术在精馏领域的发展方向,对于板式塔,应充分考虑气液两相间的相互作用,对于填料塔,应根据填料的具体形状建立每个孔道的流体力学方程,进行更接近实际的三维两相流模拟.     

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。     

立体传质塔板CTST研究和应用现状

综述了立体传质塔板CTST在石油炼制、污水处理、化工生产和天然气化工工艺的过程改造现状和CTST塔板的理论研究现状。工业应用表明,CTST塔板确实具有抗堵、消泡、提效、增产、节能和降耗等方面的优势。凭借实验手段和CFD模拟,理论经验研究主要集中板上气、液相流动及两相流动和喷射罩内流动,但有关于流动和传质结合的研究尚少。未来CTST塔板将主要朝着增加气液两相界面面积和增快界面更新速率,改善液体流动和浓度分布,增加气液传质推动力方向进一步提高其传质性能。     

DDHI-DIPP二元体系固液平衡数据的测定和关联

测定了DDHI－DIPP体系的固液平衡相图，用理想溶液模型和UNIQUAC活度系数模型进行了关联；其中用UNIQUAC活度系数模型所获得的结果较满意。     

气液隔离相变全效塔板与小板距精馏塔

介绍了一项关于精馏塔板的最新发明专利。该发明抛开目前的气液两相在直接接触的传热中进行的实际上无法达到平衡的传质方式,使气液两相的传热过程在彼此隔离的情况下进行。每层塔板由两块无板孔的薄板组成,凭借间接传热在一层塔板上完成一次平衡蒸馏和一次平衡分凝:蒸馏残液流到下一层塔板,蒸馏产生的蒸气被分凝,凝液留在本层板继续蒸馏,分凝剩余则蒸气上升。汽、液的运动靠塔内3种不同的通道实现,该发明具有如下创新点:具有板效率高、板间距小、没有雾沫夹带。全效塔板的优势在于热力学上是在平衡状态下进行精馏;不足之处就在于动力学方面传热速率慢,弥补的方法是延长传热时间:现有塔板气相垂直穿过液相显然很快,新塔板气液两相水平逆向流动接触时间由塔径决定,大为延长。     

气液并流筛板流态的模拟

文章利用CFX软件对开孔率为17%、150×120 mm的矩形气液并流筛板的气液两相流态进行模拟,分析了气液两相并流筛板的传质传热机理及筛板压降产生的主要原因。通过模拟研究了气液两相并流时气相和液相流量变化分别对塔板压降产生的影响。     

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。     

汽—液—液三相与汽—液两相塔板效率比较

本文通过小型精馏塔及600×150 mm~2矩形模拟塔的实验,对比研究了气(汽)-液两相和气(汽)-液-液三相的塔板效率。并就物系性质(表面张力梯度、液体粘度或分散粘度),两液相体积比,气速及操作工况对传质的影响进行了研究。提出三相传质和两相传质差异的主要因素,得出估算三相精馏塔板效率的关联式。     

气-液两相降膜流动及传质过程的CFD研究

利用VOF法建立了考虑表面张力动量源项、气液相间摩擦力动量源项以及相问传质源项的CFD计算模型,定量描述了气．液两相逆流降膜传质过程。根据CFD模型,计算了不同液相进口浓度和不同气相流量条件下,异丙醇稀溶液的解吸过程,模拟得到的液相出口浓度与实验数据吻合很好。相界面处的浓度分布表明。随自由表面波动,界面浓度会发生剧烈脉动。液相总传质系数增强因子R的实验值与CFD模拟均表明,即使在很小的传质推动力下R也大于1。由于CFD模型不考虑Rayleigh-Benard-Maragoni效应,则这种现象,可解释为界面波动对传质增强的结果。这也证明增强界面波动是一种强化传质分离过程的有效途径。     

精馏塔塔板两相流理论及实验研究

塔板上气液两相的流动状况尤其是液相的流速分布对塔板效率有重要影响。针对塔板上的气液两相流动 ,研究者提出了许多理论及实验方法 ,以期准确模拟和测量塔板上液相的流动分布。文中介绍并评价了塔板两相流动计算的各种理论模型以及两相流动测量的各种实验方法     

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。     

一种计算含盐有机溶液气液相平衡的方法

提出了一种计算含盐混合溶剂气液相平衡的新模型,即把活度系数表示为盐的质量摩尔浓度ms和溶剂组成摩尔分数xi的函数,其中盐质量摩尔浓度项表示为盐质量摩尔浓度的二次函数,溶剂组成项由UNIQUAC模型计算。以文献中水-醇-盐和醇-醇-盐的11个体系为例,将新模型用于其气液平衡的计算,关联得到了各体系的模型参数。结果表明:将活度系数表示为ms和xi的函数是合适的;每种溶剂组分气相分压的计算值与实验值吻合良好,最大误差为0.928 k Pa。因此,新模型是一种可广泛用于含盐有机溶液体系气液相平衡计算的方法。     

噻吩-正辛烷体系等压汽液相平衡研究

利用双循环汽液平衡釜测定101.3 kPa下噻吩-正辛烷体系的汽液相平衡数据.运用该实验结果,进一步获得组分的液相活度系数.实验数据经Herington方法检验,表明符合热力学一致性.采用二元体系UNIQUAC模型对该实验数据进行关联,采用最小二乘法拟合得到UNIQUAC模型参数.结果表明,噻吩在汽相组成的平均绝对偏差为0.0635,取得满意的效果.     

水-乙酸-乙酸丁酯体系汽液平衡研究

用改进Rose釜测定了乙酸-乙酸丁酯、水-乙酸-乙酸丁酯(完全互溶区)体系在101.33 kPa下的汽液平衡数据。考虑乙酸的缔合效应,利用维里方程和Hayden-O'Connell(HOC)模型计算各组分的汽相逸度系数,校正汽相的非理想性,液相的非理想性全部归结到液相活度系数中予以校正。用NRTL,UNIQUAC模型对乙酸-乙酸丁酯的汽液平衡数据进行关联,并得到相应的模型参数、温度偏差和汽相组成偏差。比较二元体系的关联结果,用NRTL模型参数预测了三元汽液平衡数据,计算值与实验值吻合良好,预测精度较好,说明采用的模型参数是可靠的,能够为精馏的设计和模拟计算提供基础热力学数据。     

应用分子聚集理论计算含羧酸体系的汽液平衡

本文论述了应用“分子聚集理论”对含羧酸体系的汽相进行非理想性校正的计算方法.在低压下,含羧酸体系的汽相由于缔合从而引起组分的汽相逸度系数偏离1较大,故对汽相非理想性的校正是不容忽视的.汽相应用“分子聚集理论”改进的维里方程而液相采用UNIQUAC活度系数方程对含羧酸体系的汽液平衡进行计算,取得较好的结果.     

第二液相对气液二相体系传质的影响

以CO2气体-K2CO3/KHCO3水溶液吸收过程为研究体系,用酸解法测量气体被吸收的速率,通过对比试验考察了加入第2液相(有机相)对体系传质速率的影响。经过试验研究证明,第2液相的加入对气液传质过程的影响程度与加入的物质有关,在试验条件下甲苯对体系强化作用高于异辛醇和庚烷对体系的强化作用。当第2液相加入量较小时,随加入量的增加,其对气液传质过程的促进作用增强,但当第2液相加入量较大时,这种作用则不明显。同时第2液相对传质作用的影响与流动场有关,增加流动场的搅动有助于强化气液传质作用。     

气升式内环流反应器流场及传质特性数值模拟

采用双流体模型和气液二相流体动力学理论建立了气升式环流反应器流体流动的数学模型,在此模型的基础上利用溶质渗透理论和各向同性湍流理论建立了局部液相体积传质系数数学模型。采用计算流体软件F luent对气升式环流反应器内气液二相流动状况进行模拟,模拟结果较好地解释了气升式环流反应器内的流动行为及传质特性。模拟计算值与文献实验值的吻合说明了模型的可行性。