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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

应用热膜风速仪检测塔板上气液两相流的局部气含率

<正>蒸馏塔板上气、液两相流局部气含率的测定对于研究塔板上流体的流动状态、塔板清液层高度、两相传质性能和设备优化设计等具有重要意义。过去,测量塔板上气液两相流的气含率主要采用γ射线吸收法。该法能检测总体的气含率,但无法测局部气含率,且使用复杂。热膜风速仪是检测气、液两相流速度和气含率的先进仪器,本文采用先进的智能热膜风速仪(IFA-100),并配以微机采样系统,用于测量大型塔板上两相流的局部气含率。     

固旋阀塔板液相等停留时间分布的实验研究

以空气-水为实验物系,采用温度阵列-热水示踪技术测试了固旋阀塔板上液相等停留时间分布,并研究了溢流强度和气相动能因子等因素对液相等停留时间分布的影响。实验结果表明:溢流强度和气相动能因子减小,液相停留时间会有所增加。低溢流强度下固旋阀在塔板上形成的旋转流场对塔板上液相总体流动影响较为明显,塔板上液相分布更加均匀。较大气相动能因子操作下,液相湍动能较大使液相在塔板上分布更加均匀。利用已有的模型对实验数据进行关联获得塔板上的流动参数。     

Dynamics of flow macro-formation and its interference with liquid surface in mixing vessel with pitched blade impeller

The paper deals with the experimental and theoretical study of flow pattern dynamics and their manifestation on the liquid surface in a flat bottomed cylindrical stirred vessel with inner diameter T = 0.29 m, filled with water to the height H = T. The vessel was stirred by down pumping a six-pitched blade impeller with pitch angle 45°, pumping downwards. Based on flow visualization in a vertical, and three horizontal planes, parameters describing flow macro-formation behaviour during its generation by the primary circulation loop, including the total time of flow macro-formation existence, were obtained. These experimental results were compared with the results calculated from a proposed theoretical model of flow macro-formation dynamics.In the next part of the contribution, the theoretical solution of quantitative expression for liquid surface swell dimensions is presented. The liquid swell is supposed to be an effect resulting from an interaction between the surface level and the flow macro-formation. The data obtained from the theoretical solution are compared with swell dimensions determined from the visual analysis of the liquid surface behaviour. Finally, the comparison of experimental and theoretical results is statistically analyzed and corresponding summaries are concluded.     

水平管气液两相分层流界面剪切预测研究进展

水平管气液两相分层流虽流型简单,但由于界面存在复杂的动量和能量传递,分层流的界面剪切预测至今没有一致的结论。本文从理论模型、实验模型、数值计算3个角度出发,详细阐述水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究现状,得出不同研究方法的优势和缺陷。针对3种研究方法,指出理论模型通过模型简化和经验关联式来建立封闭模型,实验模型则在封闭关系上修正经验关联式,但由于简化假设和实验条件的限制,使得这两种研究方法对界面剪切应力的预测具有一定的局限性;数值计算能够弥补机理模型在流场细节等方面的不足,但能够提供界面剪切预测或封闭关系的工作很少。此外,对比了5种不同形式的已有模型对气液两相分层流持液率和压降预测的结果。最后展望了水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究趋势,提出理论和实验研究需要提出更详细的局部模型,并考虑工程实际工况进行研究,发展针对气液界面计算的新方法,并为分层流提供封闭关系则是数值计算研究面临的挑战。     

Flow pattern transition for vertical downward two phase flow

Experiments of flow pattern for vertical downward gas—liquid flow are reported. In addition theoretically based transition criteria for the flow pattern are presented. The experimental results compare resonably well with the theoretical model for the prediction of flow pattern in vertical downward flow.     

水平管内油气水三相流动摩擦阻力压降特性研究

对水平管内油气水三相流动的摩擦压降特性进行系统的理论和实验研究 ,建立了泡状流和环状流摩擦压力降的理论模型 ,揭示了摩擦压力降随折算气速、折算液速、油水混合物含水率及管径的变化规律。实验结果与理论计算结果相吻合。     

管外降膜湿润能力的实验研究

在不同进液流量、进液高度、进液孔径、管径和倾斜角下,用图像法测量了光滑圆管外壁液膜湿润长度,研究了各参数对液膜湿润能力的影响. 结果表明,随进液流量增大,液膜湿润能力先增大后稳定在一个固定值. 研究进液高度对湿润能力的影响时需考虑液膜的流型,流型为柱状流时,液膜进液高度对液膜湿润能力的影响较小;流型为柱状?片状流时,随进液高度增大,液膜湿润能力先减小后不变;流型为片状流时,液膜湿润能力达到饱和. 研究进液孔径对湿润能力的影响时需考虑液膜的流型,流型为柱状流时,液膜湿润能力随进液孔径增大先增大后减小,变化幅度较小;流型为柱状?片状流和片状流时,液膜湿润能力随进液孔径增大而减小. 一定流量下,管径越大,液膜湿润表面积越大,湿润能力越差. 受倾斜角度的影响,液膜湿润长度不再沿进液柱对称分布,湿润能力出现下强上弱的分布规律.     

滴流床反应器持液量的滞后现象

通过采用电容层析成像仪测定了不同气速、不同液速、不同操作方式以及不同床层位置的持液量滞后曲线,发现影响持液量滞后的最大因素是液体流速。在实验的基础上,分析了不同操作状态下产生滞后现象的原因,并提出了采用持液量滞后曲线终点来判断脉冲点的关联式：Re^＊LReG^＊0.42042=800。     

填料塔传质模型的研究——二维混合池随机模型

本文推导和提出了一个新的数学模型——二维混合池随机模型.它能用来模拟填料塔的液体流动和传质特性,以及计算塔中液、气两相浓度分布.该模型的主要特点是:(1)它通过调整混合池间轴向和径向的流动和混合,能很好地模拟填料塔复杂的液体流动状态;(2)模拟计算考虑了液体流动分布的随机性质.研究结果表明,填料塔塔径增大或填料层增高而产生的传质效率下降的原因主要是液体的非均匀流动、轴向混合的加剧和不完全的径向混合.     

滴流床反应器内脉冲流下动持液量实验

对气液强相互作用下滴流床反应器内的流体动力学进行了分析讨论 .实验测定了脉冲流流型下的床层平均动持液量 .考察了气液流率、液体黏度、填料材料等因素对动持液量的影响 .根据对滴流床反应器内流体流动机理的分析及实验结果 ,提出了关联脉冲流型式下动持液量的关联式 .该关联式能很好地关联实验数据 ,可用于预测温和型脉冲流下的动持液量     

红外热像仪测量多降液管塔板液相等停留时间分布的实验研究

多降液管塔板目前在精馏、吸收和解吸等领域应用日益广泛.多降液管塔板由于降液管悬挂,且上、下塔板的降液管垂直布置,故它的液相流场分布较为复杂.提出了测试塔板上液相流场分布的一项新技术:与塔板上液体同质的高温示踪剂液体在塔板上阶跃注入,用红外热像系统拍摄高温示踪剂液体的流动,从而作出塔板上等停留时间分布图.实验在直径1200 mm的有机玻璃塔中进行,测试塔板为单根悬挂降液管塔板和两根悬挂降液管塔板,物系为空气-水.实验得到不同液量下单根和两根悬挂降液管塔板上等停留时间分布图.结果表明:该测试技术方便、精确、且示踪剂对塔内液体无干扰污染.多降液管塔板存在滞流区,且滞流区随液量增大而增大.