旋转浮阀塔板的气含率分布研究

在内径为600 mm的旋转浮阀塔内,以空气-水为介质,采用电导法对塔板上气液两相接触区域中的气含率进行测试,研究了气相和液相负荷对气含率在板上分布的影响。实验结果表明,增加气相负荷使气含率明显变大,增加液相负荷使气含率明显变小;随板上高度的增加,气含率逐渐增大,且分布趋向均匀,并在板上高度为30 mm左右时有一个气含率突高点。旋转浮阀塔板的气含率轴向分布较F1型浮阀塔板均匀,板上高度大于40 mm时气含率径向分布明显比F1型浮阀塔板好,且旋转浮阀塔板的气含率分布受液体喷淋密度和空塔气体动能因子的影响较小。     

喷射式超重力旋转床的流体力学与传质性能的研究

采用空气-水物系和乙醇-水物系在喷射式超重力旋转床(简称喷射式旋转床)(转子直径为260mm,高45mm)中进行流体力学与传质性能实验,考察了F因子、喷淋密度和转子转速对喷射式旋转床压降和传质性能的影响。实验结果表明,喷射式旋转床压降随F因子、喷淋密度和转子转速的增加而增加;由实验数据回归得到压降关联式,干床压降的平均误差为8.7%,湿床压降的平均误差为10.5%;等板高度随转子转速和F因子的增加而减小,装有液体分布器时的等板高度比无液体分布器时的等板高度降低20%～50%。喷射式旋转床具有压降低和传质效率高的特点,尤其适用于高真空和热敏性物料的分离。     

新型导向立体传质塔板的流体力学性能

对立体传质塔板的帽罩顶部分离板进行改造,开发出具有导向功能的导向立体传质塔板(CTST-8)。在直径600mm的实验塔上对CTST-8的塔板压降、雾沫夹带、漏液等流体力学性能进行了实验。由实验数据关联得到了干板压降、湿板压降和雾沫夹带的经验式。实验结果表明,CTST-8的干板压降为0.1～0.8kPa;湿板压降为0.4～1.1kPa;气相负荷上限的空塔动能因子最大可达3.4(m/s)(kg/m3)0.5,空塔动能因子低于2.2(m/s)(kg/m3)0.5时雾沫夹带量几乎为零;漏液限的板孔动能因子为4.3～6.2(m/s)(kg/m3)0.5。     

规整填料和新型塔板设计参数选取的质疑及分析

笔者指出了目前规整填料和新型塔板设计计算中若干尚未完全解决的、有争议或值得进一步完善的设计参数。如:规整填料的每米理论板数、最小液体喷淋密度、最小气体空塔动能因子、新型塔板开孔率等,并提出了具体的设计方案供与同行切磋。     

水平管蒸发器管外降膜流动数值分析

利用VOF模型研究水平管蒸发器管外气液两相的降膜流动,分析了喷淋密度、换热管外径及水温对管外液膜厚度分布的影响。模拟计算结果表明,周向角度为90°～170°时,液膜厚度分布更加均匀,且液膜厚度随着喷淋密度的增大而增加;换热管外径在?19～?51mm时,随着管外径的增大,液膜平均厚度显著减小,但换热管外径继续增大时,膜厚减小的幅度趋于平缓;随着水温的升高,管外液体流动加快,导致液膜厚度减小。     

开窗导流催化精馏填料流体力学性能研究

以空气和水为原料,在装有新型开窗导流催化精馏填料(牌号为Winpak-C-500 YS,简称500 Y-S)的中试实验塔中,研究了喷淋密度、气相动能因子(F因子)等操作参数对动持液量的影响,回归得到了动持液量的模型关联式和经验关联式。结果表明:500 Y-S的动持液量随F因子的增大而增大,并且在液泛点附近出现陡增现象;参比填料(500 X-N,500 X-S)的变化趋势与此相同。模型关联式因考虑了影响动持液量的机理而更准确,适用范围更广,经验关联式则较为简单直接。500 Y-S与参比填料的动持液量按下列顺序依次递减:500 X-N,500 Y-S,500 X-S。     

水平管外降膜流动和膜厚分布三维数值分析

运用Fluent软件对水平管蒸发器管外降膜流动进行三维数值模拟,分析了换热管间为柱状流时水在管外流动过程及液膜分布,研究了喷淋密度和管间距对管外液膜厚度的影响。模拟结果表明,管间为柱状流时,液膜沿管外壁面分布不均匀,管外壁面局部液膜厚度与其所处轴向位置和周向角度有关。在波峰截面,增加喷淋密度或管间距,液膜厚度均明显增加;在液柱截面,改变喷淋密度或管间距仅对上半管周的液膜厚度有影响,且液膜厚度随着喷淋密度的增加而增大,随着管间距的增大而减小。     

新型折流式超重力旋转床传质性能的研究

采用乙醇-水体系对新型折流式超重力旋转床进行了传质性能实验,考察了气相动能因子(F因子)、转子转速对新型折流式超重力旋转床的压降和传质性能的影响。实验结果表明,新型折流式超重力旋转床的压降随F因子、转子转速的增大而增大;每米理论板数随转子转速的增大而增大,随F因子的增大先增大后略有降低;与有液体分布器时相比,无液体分布器时新型折流式超重力旋转床的传质效果更好;与折流式超重力旋转床相比,新型折流式超重力旋转床的压降降低约70%,每米理论板数降低约40%,转子轴功率降低10%～30%。     

新型径向叶片式旋转床传质性能研究

在新型径向叶片式旋转床中采用乙醇胺-二氧化碳物系的化学吸收,建立了相应的传质模型,研究了表观气速、液体喷淋密度和转速对新型径向叶片式旋转床传质性能的影响,并将径向叶片式旋转床与折流式旋转床和填料叶片复合式旋转床进行了对比。实验结果表明,气相总体积传质系数随表观气速、液体喷淋密度和转速的增加而增加;在相同条件下,折流式旋转床的传质性能最好,但功耗和压降比较大;填料叶片复合式旋转床的气相总体积传质系数、压降和有效功耗都稍大于新型径向叶片式旋转床;新型径向叶片式旋转床传质性能差,但功耗和压降较小。     

液体初始分布对金属波纹板填料液体分布的影响

以水为试验介质,采用内径为500mm 的填料塔和分成120格的塔底分格集液槽,在良好的和不良的液体初始分布下,实测了10MCP 金属波纹板填料的液体分布。试验表明,金属波纹板填料层内的液体流动同样存在沟流;对于10MCP 金属波纹板填料,液体分布器的喷淋点密度应在100点/米~2以上;不良的液体初始分布对填料层内液体分布的影响不能在较短的填料层内消除。     

间二甲苯氧化反应器通气条件下液相停留时间分布的测定

以示踪响应法测定了北京燕山石油化工有限公司间二甲苯氧化反应器在10%,30%,70%液位的液相停留时间分布,考察了通气量0,12 000,13 600m3/h对反应器内物料停留时间的影响。在通气条件下得到不同液位时的液相停留时间分布及多釜串联模型参数。通过分析发现,反应器存在短路缺陷,气体的通入增加了返混,加剧了液相的短路现象。可在反应器内加装挡板以改进反应器内部结构,提高反应效率。     

矩形垂直筛板的流体力学性能研究

在600mm的有机玻璃冷模塔中,用水-空气体系测定矩形垂直筛板的塔板压降、漏液和雾沫夹带等流体力学性能,确定了合理的塔板结构,使其具有较高的气液通量和较宽的操作范围,空塔动能因子最大可达3.0kg1/2(m1/2.s)-1,液流强度可达21.6m3/(m.h)。并对不同气液流量下塔板的流体力学实验数据进行关联和分析,得出了矩形垂直筛板的干板压降计算关联式以及漏液率随液流强度和空塔动能因子的变化关系,为矩形垂直筛板的设计提供了依据。与新垂直筛板相比,矩形垂直筛板具有更低的塔板压降。     

大型塔板上液体流速场分析

在直径2.4m的筛板上,采用电导检测方法,通过微型计算机采样系统进行数据采集,测得大量塔板上液体平均停留时间数据。并用多项式逐次回归方法,拟合出平均停留时间函数。在此基础上,运用流体力学基本原理,建立了塔板上流函数的数学表达式,再差分求解得出塔板上液体二维速度分布,从而确切反映出塔板上实际的复杂流动状态。     

阀片侧开新型浮阀塔板水力学试验研究

针对板式塔传统上下开启式浮阀应用中的不足,设计了阀片侧开的新型T1阀和T2阀,搭建了实验室水-空气系统水力学试验装置,以新型T1塔板、 T2塔板以及F1塔板、 3D塔板代表的传统塔板为试验塔板,进行干板压降、总板压降、漏液点气速、液泛点气速、气速上限以及气速下限的测定,结合阀片结构和塔内流体流动阻力特点,采用对比方法综合分析了试验数据。结果表明,与F1塔板相比,新型塔板总板压降降低4%～28%;与3D塔板相比,新型塔板总板压降低8%～25%。研究了T1塔板和T2塔板的漏液点气速和液泛点气速,讨论了T1塔板和T2塔板的操作弹性。     

气-液分流式分布器的流体力学性能

开发了一种具有抗塔板倾斜性能的气-液分流式分布器。通过冷模实验,研究了该分布器液体破碎程度与液体分布均匀性之间的关系,以及操作条件变化对分布器压降的影响,并在直径为1 m的加氢反应器中考察了由37个气-液分流式分布器组成的气-液分配盘的液体分布均匀性。结果表明,存在一个液体破碎雾化的临界气速。临界气速同时也是分布器液体分布均匀与否的分界点,只有气体流速超过该临界值时,才能实现液体的均匀分布。当通过分配盘的气量超过总体临界气体流量时,其液体分布相对不均匀度可降至5%以内,实现液体的均匀分布。此外,基于实验数据,还得到了气-液分流式分布器的压降与气、液两相Reynolds数间的关系式。     

专利降液管结构及分析

对近10年来在中国申报的分馏塔降液管专利结构进行了分析,其中国外公司的专利包括Sulzer公司的圆形降液管、UOP公司的能使各层塔板上液体流动方向相同（即并流）的带挡板降液管、壳牌公司带导向板的降液管、Glitsch公司在Nye Tray基础上改进的降液管;国内专利包括浙江工业大学在MD塔板上改进的DJ降液管、防冲击漏液降液管和可机械消泡降液管、中国石油化工集团公司类似于填料塔槽式液体分布器的降液管、西安石油大学的带消能器降液管等。阐述了结构变化对降液管性能进而对塔板性能产生的影响,对降液管的开发提出了建议。     

合成醋酸甲酯浆料催化精馏过程的模拟研究

以醋酸甲酯合成为模型反应,研究浆料催化精馏过程。对浆料催化精馏过程建立拟均相稳态平衡级模型,用A spen P lus软件进行模拟。考察精馏塔内温度分布、汽液相组成及流率情况,得到醋酸中水含量、反应段塔板数和液相持液量对合成醋酸甲酯收率和塔顶醋酸甲酯纯度的影响。计算得出在模拟实验塔内优化操作条件为:23块理论板数,醋酸进料口和甲醇进料口分别位于第7和第17块理论板;酸与醇的摩尔比为1.2∶1.0;催化剂与醋酸的质量比为0.03;回流比1.3;塔板总持液量2 560mL;塔釜持液量1 200mL;控制塔顶采出流率0.485。在此条件下,醋酸甲酸收率大于95%,塔顶产品中酯的质量分数大于96%。     

双阀重浮阀塔板压降的关联

通过对Ｎｏｒｔｏｎ公司的专利浮阀塔板与我国通用的Ｆ－１型浮阀塔板的理论分析,推导出双阀重浮阀塔板干板压降的理论模型,对于解决浮阀塔板在低汽速时,较筛板略大的液面落差而导致塔板上气体的不均匀分布和严重的塔板入口泄漏问题,具有极为重要的意义。     

天然气非催化部分氧化制合成气过程的研究

以多通道喷嘴为射流源,在1m×6m的大型冷模装置中测定了天然气非催化部分氧化气化炉内的流体流动过程、冷态浓度分布和停留时间分布。分析了气化炉内各流动区域的化学反应过程,以工业操作数据为基础对天然气非催化部分氧化过程进行了分析和模拟,探讨了工艺条件对转化反应结果的影响。模拟研究结果表明,在射流区主要为燃烧反应,在管流区主要为转化反应;合成气的产量随氧气和天然气体积比的变化会出现最大值,随天然气组成的不同,对大型气炉适宜的氧气和天然气体积比为0.66~0.68,对小型气炉适宜的氧气和天然气体积比为0.68~0.70。当氧气与天然气体积比达到0.67之后,蒸汽的加入对合成气产量和气化炉出口气体中CH4的含量几乎无影响。     

低返混喷射态塔盘在伴生气脱硫工艺中的应用

西北油田高含硫伴生气在采用甲基二乙醇胺（MDEA）溶液脱硫净化过程中存在频繁的拦液冲塔及净化气中H_2S浓度超标等问题。分析结果表明,其主要原因是伴生气体系中重烃含量高导致胺液易发泡及塔板效率低。提出并设计了一种基于喷射态原理的新型逆流低返混喷射态塔盘结构（SDST）。水力学试验结果表明,相比F1浮阀塔盘,SDST压降可降低10%,通量可提高30%,操作弹性基本不变。SDST塔盘在伴生气脱硫过程的工业应用结果表明,SDST塔盘具有良好的抑制发泡性能,可有效解决伴生气脱硫过程的拦液冲塔问题,同时,塔板效率提高10%以上,有效解决了伴生气脱硫过程中因塔板效率低导致的净化气中H_2S浓度超标问题。