氨油分离器内高效气液分离元件分离性能的数值研究

采用FLUENT软件对氨油分离器中波纹板除雾器和丝网除雾器内的气液两相流场进行数值模拟计算,考察除雾器的结构参数与操作参数对进出口压降和分离效率的影响规律。结果表明:波纹板除雾器的压降随入口气速的增大而增大,随叶片转折角度的增大而减小,分离效率随液滴直径的增大而增大,随入口气速的增大而增大,随叶片转折角度的增大而减小;丝网除雾器的进出口压降随入口气速的增大而增大,分离效率随入口气速的增大而增加,随入口液滴直径的增大而增加;波纹板和丝网组合在一起的整体分离效率提高,且随着液滴直径的增大,整体分离效率上升很快。     

叶片式入口分离器气液流动及分离性能数值模拟

叶片式分离器是一种较新颖的气液两相流设备的入口分离及布气装置。为了给设计提供指导,本文采用离散相模型对其中的气液两相流动过程进行模拟,并通过分离效率测试对计算模型进行了验证;在此基础上研究了气速、液滴粒径、叶片倾角及流道入口宽度对分离性能的影响。结果表明:叶片式分离器具有良好的气液分离性能,对于粒径大于50μm的液滴分离效率能够达到85%以上,增大气速和液滴粒径有利于提高叶片式入口装置的分离效率;综合考虑分离效率和压降,叶片倾角宜设置为5～8°;在现有流道宽度设计建议的范围内,减小流道宽度可显著提高小液滴分离效率,但阻力也将增加。     

液滴撞击丝网渗漏影响因素及临界准则

捕沫器等化工气液分离设备中,液滴撞击丝网速度超过临界值,部分液体穿透多孔丝网形成子液滴、发生渗漏,将严重影响下游生产的性能与安全。通过可视化实验测量不同丝网表面液滴临界渗漏速度,讨论倾斜角度、丝网结构参数、液滴直径及表面浸润性等因素对临界渗漏速度的影响。液滴渗漏是法向动压力联合水锤压力克服网孔毛细压力的结果。法向动压力是动压力分量,与丝网倾角相关。液滴撞击丝网极短的瞬间,液体受到压缩,产生的水锤压力与液滴投影下的网孔数存在定量关系。毛细压力与气液界面在网孔间的位置及接触角相关。水锤压力及毛细压力均受丝网结构参数影响。通过网孔间气液界面受力分析,有机地整合渗漏影响因素,得到了渗漏临界量纲1准则。该准则与实验结果高度吻合,可为气液分离器设计提供参考。     

循环旋风分离器内气液两相流动数值模拟

采用雷诺应力模型RSM对循环旋风分离器内气液两相流动的情况进行了数值模拟研究,讨论了循环旋风分离器内切向速度、轴向速度、径向速度、压力场、雷诺应力的分布特点以及相同入口速度下分离器内液滴运动轨迹与分离器的分离效率。数值模拟结果表明,循环旋风分离器切向速度呈现明显的驼峰状,轴向速度上行流和下行流明显,径向速度相对较小,压力由轴心向外逐渐升高,雷诺应力分布复杂且无明显规律,分离器对小直径液滴分离效率较低,入口速度对分离效率的影响比较明显。     

液滴撞击丝网渗漏影响因素及临界准则

捕沫器等化工气液分离设备中,液滴撞击丝网速度超过临界值,部分液体穿透多孔丝网形成子液滴、发生渗漏,将严重影响下游生产的性能与安全。通过可视化实验测量不同丝网表面液滴临界渗漏速度,讨论倾斜角度、丝网结构参数、液滴直径及表面浸润性等因素对临界渗漏速度的影响。液滴渗漏是法向动压力联合水锤压力克服网孔毛细压力的结果。法向动压力是动压力分量,与丝网倾角相关。液滴撞击丝网极短的瞬间,液体受到压缩,产生的水锤压力与液滴投影下的网孔数存在定量关系。毛细压力与气液界面在网孔间的位置及接触角相关。水锤压力及毛细压力均受丝网结构参数影响。通过网孔间气液界面受力分析,有机地整合渗漏影响因素,得到了渗漏临界量纲1准则。该准则与实验结果高度吻合,可为气液分离器设计提供参考。     

丙烯腈装置气液分离器的出口结构

气液分离器是丙烯腈生产装置的关键设备之一,用于除去气体产品中的酸雾. 分离器的出口结构是影响分离效率的关键因素之一. 本研究借助通用流体分析软件PHOENICS对气液分离器内流场进行了分析,结果发现,增大液滴向器壁运动机会和减弱二次夹带效应均有利于提高分离效率. 基于此原则,对气体出口结构进行了优化实验,并提出了最佳的分离器双层套筒出口结构. 这种结构与其他几种结构相比除雾效果更佳,不管在低空速还是高空速下都能保持较高的除雾效率,操作弹性较好. 工业应用也表明,采用双层套筒出口结构的气液分离器具有较高的除酸雾效果,优于原分离器.     

利用算图设计气液分离器

利用本文的算图可以使立式的撞击式惯性分离器、压缩机的干燥除沫器、旋风分离器以及其他用于石油精制、石油化工、化学工业等部门使用的气液分离器的设计过程简单化。为了减少蒸汽从液体中分离出来时所伴生的飞沫,气液分离器中需要有一定的分离空间。蒸汽从液体中产生时,是肯定带有飞沫的,这时蒸汽中带有各种直径的液滴。在分离器中,通常采用下列几种方法减少蒸汽的飞沫: 1.降低蒸汽速度,使液滴在重力作用下沉降下来; 2.液滴撞击在丝网表面上,在丝网表面凝结成较大的液滴,由于重力的作用滴下来。在夹带的飞沫较少,允许利用的空间又比较小、液面调节较为困难的情况下,常常采用     

天然气净化用旋风分离器气液分离性能

为了系统评价天然气净化用旋风分离器在含液量低时的气液分离性能,利用滤膜采样称重法和Welas在线测量法测量了旋风分离器在入口气速8～24 m·s^-1、入口液体浓度0.1～2 g·m^-3时的分离效率和粒径分布;对比了相同入口浓度下旋风分离器气液分离性能和气固分离性能的异同。实验结果表明,在入口气速为8～24 m·s^-1、入口液体浓度为0.1～2 g·m^-3时,旋风分离器的气液分离效率随着入口气速和入口液体浓度的增加而增大,而出口粒径分布范围变化很小;与气固分离相比,在相同的入口气速和入口浓度下,旋风分离器的气液分离效率要高2%～6%;另外,气液分离时出口液滴粒径不大于4 μm,而气固分离时出口有大于10 μm固体颗粒存在。     

可用于MVR蒸发系统的气液分离器改进结构分析

针对常规气液分离器对微小液滴分离效率低的不足,提出一种可用于MVR蒸发系统的气液分离器结构,并采用数值模拟结合实验验证的方法对其分离特性进行研究。首先,利用数值模拟的方法分析了气液分离器内部流场和压力场,确定了影响分离效果最明显的位置,然后提出了在该位置加装不同数量3/4圆环形挡板的分离器结构。其次,模拟研究了此种新结构的分离效率和压降等分离特性以及挡板数量变化的影响规律。最后,通过实验验证的方法分析了数值模拟结果的可靠性和新结构的分离效果。研究结果表明：圆柱型筒体是影响分离器分离特性的关键部位,在气液分离器圆柱形筒体内部增加3/4环形挡板,能够增加物料切向运动的有效长度,降低物料的径向速度,从而显著提高微小液滴的分离效率,气液分离器整体压降却增加不多;而且随着环形挡板数量的增加,该结构气液分离器的分离效率和压降均明显提高。在本文计算条件下,加装3/4圆环形挡板的气液分离器结构,可以将直径在3 μm以下的液滴分离效率提高15%,而压降仅增加了200Pa。综合气液分离器效率和压降影响,加装两个3/4圆环形挡板的气液分离器性能最佳。     

新型多旋臂气液分离器入口旋流头的预分离特性研究

新型多旋臂气液分离器可实现大直径分离器内的气液旋流高效分离,其入口旋流头结构是分离器的重要组件之一。通过大型冷模实验,对入口旋流头结构的液滴群粒径分布进行非引出式在线测量,从压降和分离效率角度考察了旋流头的预分离性能。结果表明,在入口直管段,初始液滴粒径会在高速气流的作用下迅速进行重新分布,粒径分布呈类正态分布,Sauter平均粒径（SMD）为16.8 μm。在16.95 m/s的气速下,液滴群在H/D=2.47~8.48长度内的入口直管段中运动状态稳定,粒径分布未发生明显变化。在高气速的操作条件下,剪切效应和边壁效应共同作用使SMD略有增大。液滴群在流经旋流臂后,粒径分布发生显著变化,出现“双峰”特征,旋流臂对液滴的聚集效果明显。通过粒径分布分析,预测了旋流臂末端的液滴特征。发现旋流头的预分离性能优越,在压降占比仅3.2%~8.4%的情况下,分离效率占比可高达42.8%~62.5%。入口旋流头结构不仅可以为混合相创造强旋流的初始分离环境,还能借助自身结构特点实现对混合相的惯性预分离。     

旋风分离器分离效率影响因素分析

采用ANSYS-FLUENT数值模拟,分析了旋风分离器内压力分布和流场速度分布,对比不同气速和不同圆柱直径对旋风分离器分离率的影响。结果表明：旋风分离器的分离效率在一定范围内会随着气速的增大而增加,达到一定值后分离效率会降低;针对一种新型旋风筒结构,将其圆筒直径从5.8 m减小到5.0 m,旋风分离器的分离效率提高。     

层数和表面开孔对金属丝网填料性能的影响

为了考察丝网层数和表面开孔对金属丝网填料性能的影响,测定了单层开孔金属丝网填料(BXH型)和双层无孔金属丝网填料(DMⅠ型)的压降、泛点气速和传质效率,并将实验结果与单层无孔金属丝网填料(BX型)进行了对比。实验结果表明,与BX型单层无孔丝网填料相比,DMⅠ型双层丝网填料的压降增大,泛点气速降低,传质效率提高;BXH型开孔丝网填料的压降降低,泛点气速增大,传质效率降低。丝网层数增加,可以提高填料的传质效率,但是填料的通量下降;填料表面开孔,可以提高填料的通量,但传质效率降低。     

旋风分离器进口涡旋感生速度场的减阻增效作用

旋风分离器进口段管路的结构关系着进口气速的分配,直接影响到下游分离空间三维速度场的形式,合理设计进口管的样式是挖掘分离器分离潜力的可能入手之处。采用实验及数值模拟手段,对环管和直管2种进口管路下轴对称双进口分离器的性能与流场作了对比研究。结果表明,环管进口的分离器分离总效率比两侧进口的平均高1.5个百分点,而压降损失降低25%以上。前者阻力小的原因在于进口环管内气流为局部的涡旋,与分离器内旋涡流动的形式接近,两股气流交汇时碰撞程度轻,附加的额外能耗较小;而总效率提高的原因为,环管进口的分离器切向速度比两侧进口的分离器约高0.15倍进口气速,能增强颗粒受到的离心作用、减小切割粒径,从而提升分离器总效率。根据涡旋理论,局部区域的涡旋会对整个流动空间产生感生的速度场,由于环管进口的分离器进口管内局部涡旋的存在,整个分离空间的切向速度场被增强。这种由涡旋感生速度场提升分离器切向速度的方式,加深了分离器运行过程中压头向速度转换的程度,不会消耗额外的能量。因此,采用旋涡流的进气方式,并合理提高进口涡旋的强度,是分离器分离性能进一步提升的新途径。     

两种旋流板分离器压降和分离性能的对比

对φ300 mm的单程和双程旋流板分离器的压降和分离效率进行了测量分析.相对于单程旋流板分离器,双程旋流板分离器的减阻幅度为12.8%.双程旋流板分离器适应的气速范围大幅度提高,穿孔气速、喷淋密度对其分离效率和带出量影响均不大,在实验气速范围内,分离效率在99.9%以上.与单程旋流板分离器相比,当穿孔气速约从10 m/s增大到17 m/s时,双程分离器的带出量下降了72.7%到96.3%.分析认为,双程旋流板分离器压降的减小和分离性能的提高是其切向速度的增大、立面上大部分区域涡环的消除及分离距离缩短综合作用的结果.     

天然气脱蜡旋风分离器分离效率的模拟

旋风分离器分离效率高,不易堵塞,用于天然气脱蜡效果显著。通过CFD软件Fluent模拟CYG-S型天然气脱蜡旋风分离器的两相流场,得到了旋风分离器内的压力、切向速度、轴向速度分布。对比了不同入口速度下的模拟与理论计算的分割粒径x50,发现具有很好的吻合度,两相模拟有一定的可靠性。结果表明：在旋风分离器锥段底部靠近壁面处的石蜡液滴质量浓度较高;随着进口流量的增加,旋风分离器分离效率提高,当进口流量为1000 m3/h时,x50可以达到5.3 μm;大粒径液滴的分离效果明显,但在所研究的进口流量范围内,进口流量的变化不能明显地影响粒径小于5 μm液滴的分离效率;柱段和锥段长度的增加使得旋风分离器的整体长度增加,延长了液滴在旋风分离器内的停留时间,提高了旋风分离器的分离效率。     

新型高效折板分离器原理与应用

在化工生产和环保产业中气—液或气—固相的分离是非常重要的工艺过程,只有把夹带在气体中的液相和固相粒子分离出来,才能使生产顺利进行。分离的主要目的:①工艺过程中为了保证产品的质量要求,将夹带的物质控制在规定指标以下。②防止传质设备雾沫的夹带导致传质效率的下降,使生产条件恶化。防止某些组分的雾沫或固体粒子随气流的夹带造成原料的浪费和能耗的增加。③防止尾气中雾沫或固体粒子经烟囱排入大气,造成环境的污染和设备的腐蚀、损坏。④防止气体中液相和固体粒子对下游设备的操作产生不利影响。 从气体中分离液滴、雾沫或固体粒子的机理主要有重力沉降、惯性碰撞、布朗运动的扩散沉积和静电吸引等。分离装置根据其用途和结构分为许多种类,有的分离装置虽然结构比较简单,如重力沉降型和旋风分离器,但分离效率不高,且对较小的雾沫分离作用不大。丝网除沫器分离装置虽能分离一般的雾沫,但要求介质清洁,且分离阻力降大,分离器操作弹性较小,允许的气流速度较小。本文介绍一种新型高效折板分离器。     

动态旋风分离器数值模拟及实验研究

旋风分离器具有结构简单性能稳定等优点,但对于粒径10μm以下颗粒,分离效率较低。本文对普通旋风分离器进行改进,设计了带有旋转叶片的动态旋风分离装置,并进行了实验和数值模拟研究。数值模拟气相采用RNG k-ε模型与RSM模型相结合的算法,颗粒相与气相之间采用以欧拉-拉格朗日气固两相流耦合思想为基础的DPM模型进行模拟,主要研究了装置内部流场和颗粒分离效率与进口气速和转子转速之间的关系,并与实验中通过静电低压悬浮颗粒取样器（ELPI）获得的装置分离效率进行了对比。模拟和实验结果表明,装置切向速度场中转子部分的切向速度主要由叶片转速决定,转子外部区域的切向速度则主要由进口气速决定,且在一定的转速和进口气速下,动态旋风分离器对粒径在5μm以上的颗粒有良好的脱除效果。     

基于Visual Basic的卧式丝网气液分离器工艺计算软件开发

针对卧式丝网气液分离器手工设计存在的效率低、计算结果不精确等问题,基于Visual Basic开发环境,根据手算实例与工程实践,开发了卧式丝网气液分离器的工艺计算软件。应用结果表明:该软件界面友好、计算结果准确,实现了分离器的精确高效设计。     

高压下旋风分离器进行气液分离的模拟与优化

对大尺寸的工业级旋风分离器在高压下的气液分离过程进行了研究,运用数值模拟的方法研究了高压工况下旋风分离器内部流场分布。同时对结构进行改进,在旋风分离器内的不同位置设置多孔板以及在进气口位置设置挡板,比较结构改进前后分离性能的变化。模拟结果表明,对称入口有利于流场对称分布,在分离器内设置多孔板和进口挡板均能提高分离效率,综合改进后的旋风分离器在不增加分离器的压力损失前提下,能完全分离粒径大于5μm的液滴,对于小于5μm的液滴分离效率比传统分离器提高了24. 60%。     

旋流器内气液两相流动的理论分析

气-液旋流分离过程是气-液两相的三维强旋流运动。以漂移流动模型和颗粒轨迹方程为基础,采用欧拉-拉格朗日方法建立一种新的气液两相流动机理模型。该模型可以用来直接计算气液旋流分离器内部流场中连续相、分散相(液滴)的速度分布,通过计算能够预测旋流器内部的浓度分布,并通过对影响气液分离效率的主要原因——出口气体中的液滴夹带进行分析计算,预测旋流器的分离性能。