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。     

喷射工况下筛板流体力学特性研究

利用总板压降在喷射和鼓泡工况下具有不同的变化规律。测定了筛板上流动工况的转相点。分析了气速、液体负荷、孔径、开孔率以及堰高等因素对相转换的影响。测定了喷射工况下筛板流体力学特性,得出塔板压降、持液量、雾沫夹带量等参数的关联式。     

蒸馏技术的进展(一)

<正> 第一章 汽液两相在塔板上的流动状态及传质效率 早期对塔板上汽液两相研究是以鼓泡状态为基础,从五十年代起涉及喷射状态并发展出一些喷射型塔板。每种流动状态的传质机理是不相同的,近年进行了细致的微观研究。对于鼓泡状态Burgess及Calderdank测量了筛板塔上的鼓泡当量直径,如图1-1所示,并得出了相间面积。对于喷射状态,亦进行同样研究,实测得液滴直径,见图1-2。     

CTST-MD复合型塔板降液管流体力学性能的实验研究

结合立体传质塔板(CTST)和悬挂式降液管各自的优势,在CTST塔板的基础上组合悬挂式降液管。以此为实验塔板,在直径为570 mm的有机玻璃塔中以空气-水为实验物料进行冷漠实验,对此种塔板的板压降、降液管的液层高度、液流孔孔流系数等流体力学性能进行了实验研究,并与鼓泡型塔板进行了对比。结果表明,复合型立体传质塔板的板压降低于弓形降液管的CTST和悬挂式降液管的筛板(MD筛板)。在高液相负荷下,复合立体传质塔板降液管液层高度远低于MD筛板,具有更大的液体处理能力。悬挂式降液管液流孔的孔流系数主要与开孔的水力半径有关,受开孔率影响较小。得到了复合立体传质塔板降液管几种孔型的孔流系数值。     

泡罩立体筛板的流体力学性能

将鼓泡传质和喷射传质有机结合,自主研发出泡罩立体筛板。以空气和水为介质,对新型泡罩立体筛板(NBTS)的流体力学性能进行研究,考察板孔动能因子、液相流量和堰高对其板压降、漏液和雾沫夹带的影响,并与泡罩立体筛板(BTS-1)进行对比。由结果可知:新型泡罩立体筛板的总板压降和雾沫夹带随板孔动能因子、堰高和液体流量的增大而增大;漏液点气速随堰高和液体流量的增大而增大,N-BTS的性能优于BTS-1,满足设计要求。     

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。     

微泡强化臭氧传质及其对产生羟基自由基的影响

为提高臭氧在水中的传质效率,设计了微泡反应器强化臭氧传质,考察了在该反应器中不同压力、温度、臭氧进口浓度及流量对液相中臭氧浓度以及羟基自由基产生的影响。结果表明,液相中臭氧浓度受压力影响较小,反应器压力增加可使液相中羟基自由基产生量增大;进口臭氧浓度及流量的增加,可使液相中臭氧浓度以及羟基自由基产生量增大;液相温度升高导致液相中臭氧浓度降低,但可以提高液相中羟基自由基产生量。同时还将该微泡反应体系与传统鼓泡反应器进行对比研究,结果表明,微泡反应器能有效地提高传质效率,液相中臭氧浓度达到稳定状态时约为14 mg/L,比鼓泡反应器高约10%。微泡加压反应器中羟基自由基产生效果更好,臭氧通入5 min,微泡反应器中羟基自由基浓度高达121.45×10~(-6)mol/L,比鼓泡反应器提高了约11倍,且微泡反应器中废水脱色及矿化效率都高于传统鼓泡反应器。     

射流鼓泡反应器的研究进展

射流鼓泡反应器通过耦合射流与鼓泡两种作用机制实现了气液理想混合,避免了甲醇羰基化制醋酸工艺中搅拌内构件的腐蚀。射流、鼓泡的耦合加剧了混合过程的复杂性,阻碍了对该反应器气液流动、传质、混合的认识。文章分别综述了均相体系射流混合、鼓泡反应器流动规律及喷射式气液反应器流动规律。结果表明,混合时间、气泡直径及气含率分别用于表征射流和鼓泡混合效果,气液顺流喷射反应器性能需同时考虑液相体积传质系数。因此,射流鼓泡反应器的研究需以上述所有参数作为特征参数,通过实验和模拟剖析反应器内部气液传质及射流与鼓泡的协同机制。     

鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展

总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果,详细地介绍了鼓泡床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法,阐述了鼓泡床反应器性能的主要影响因素,如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特性的影响,并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述.     

不同类型鼓泡塔气液并流时液相轴向扩散系数

在相同尺寸的鼓泡塔、筛板鼓泡塔、振动筛板鼓泡塔中采用脉冲示踪法对空气-水体系进行轴向返混实验研究,考察了水和空气流速对鼓泡塔、鼓泡筛板塔液相轴向扩散系数(EZ)和水、气体流率、筛板振动强度对振动筛板鼓泡塔液相轴向扩散系数的影响.结果表明,鼓泡塔EZ与uL0.696～1.158成正比(uL为液速);筛板鼓泡塔EZ与uL和气速(uG)关系式为EZ=0.798uG0.77uL1.252;振动筛板鼓泡塔的EZ与uL0.8354～1.2740成正比.     

筛板上从泡沫工况向喷射工况转变气速的计算模型

<正>筛板塔是应用历史最久的塔型之一。至今人们仍在对筛板塔进行大量的研究,但对筛板塔处于不同鼓泡层的结构及筛板塔各操作状态之间的划分这一课题,还基本上限于一些定性的直观描述。筛板塔的各操作状态之间主要由两点速度划分,即漏液气速和喷射转变气速。在他们之间筛板处于泡沫工况,当气速高于喷射转变气速时,筛板塔处于喷射工况。这两种工况是人们最感兴趣的,这不仅因为在工业上这两种工况用得最多,而且还因为在流动泡沫工况下气体为分散相,液体为连续相,一旦转变为喷射工况就发生了相变,气体变为连续相,原来是连续相的液体则被气体吹散为小液滴的分散相。这种工况的转变必然强烈地影响着两相间的传质,要掌握塔板上两相间的传质规律,首先要确定它是处于何种工况。     

单孔及微孔曝气低气速鼓泡床内气泡行为比较

引言鼓泡床反应器被广泛应用于吸收、液相氧化、好氧生化等气液反应过程,气体在液相中的分散情况对鼓泡床的反应和传质特性都有很大影响.为了提高气液传质效率,增加生产强度,工业反应器很多都是在高气速下操作(Ug>0·05m·s-1),很多研究都集中在高气速湍动鼓泡区[1~3].但对有机     

不同中空纤维膜组件对甲烷和氧气无泡曝气过程的影响

为探索无泡膜曝气用于甲烷高效、安全生物转化的可能性,测试了3种中空纤维膜组件对甲烷和氧气传质速率的影响.所测膜组件分别为致密硅胶中空纤维膜(A)、疏水性微孔聚丙烯中空纤维膜(B)及亲水性微孔聚醚砜中空纤维膜(C).结果表明,膜组件A和B可以同时强化甲烷和氧气的气液传质过程,对甲烷进行无泡曝气,两者的体积甲烷传质系数(KLa)相近,分别为3.19和3.78h·1,约为传统鼓泡曝气的3倍.对空气进行无泡曝气时,膜组件B的KLa值(溶氧)为61.1h·1,是A的2.6倍,是传统鼓泡曝气的24.8倍.     

基于气-液传质强化的湿法烟气脱硫CFD模拟研究

针对燃煤电厂烟气脱硫过程中,高硫煤燃烧产生的高含硫烟气高效脱硫难题,通过计算流体力学(CFD)开展了钙法烟气SO₂高效脱除研究,提出了基于塔内筛板构件及喷淋系统优化的多手段耦合增效方法。建立了宏观脱硫塔尺度下涵盖喷淋吸收-筛板鼓泡吸收的SO₂多形式吸收脱除耦合模型,获得了浆液下落过程中的pH及SO₂吸收速率变化规律,并研究了湍流构件对脱硫塔内的气液混合流动、相内相间传质、浆液内部化学反应等过程的影响机制。探究了筛板对于脱硫塔脱除效率的强化机制,并进一步开展了筛板布置位置优化设计研究。同时,针对脱硫塔喷淋系统开展了优化设计研究,通过对比研究获得了喷淋系统优化后布置方案。基于所提出的脱硫塔多手段耦合增效方法,研究了包括液气比、浆液粒径及入口烟气SO₂浓度等不同参数影响下的脱硫塔SO₂脱除性能,发现通过塔内筛板构件及喷淋系统优化多手段协同增效后,可实现不同工况下脱硫塔SO₂脱除效率提升3%～8%。     

垂直降膜、鼓泡流动特性与传热机理研究进展

目前对于煤气化技术中洗涤冷却室内喷淋床的垂直降膜液膜波动特性以及鼓泡床中气体穿越液池过程的流动机理尚不清晰,本研究详细阐述洗涤冷却环进水口方式、液相雷诺数Re_l、气相雷诺数Re_g、下降管高度和管径等因素对垂直降膜中轴、周向液膜厚度、速度分布以及传热传质特性的影响机理。另外对鼓泡床中气体穿越液池过程的研究现状进行综述,尤其是气液夹带理论、气泡形成理论、气体负浮力射流理论、内构件破泡板的结构以及液相物性对气含率的影响理论和两相及多相流理论等。最后对洗涤冷却室内未来的可行性研究进行展望,为工业上气化工艺的合理实施以及能源利用提供参考性建议。     

管壳式鼓泡降膜塔新技术的应用

管壳式鼓泡降膜塔是降膜塔和鼓泡塔的发展。该塔具有良好的操作性能:气液负荷大,操作弹性大,两相流状态稳定,鼓泡层返混较小,兼具鼓泡塔和降膜塔的特点。现已成功地应用于生产中,本文介绍该装置的结构形式,鼓泡降膜段传质、传热系数和经济效益的核算,可供设参考。     

泡罩塔板結构的进展

进行气-液(汽-液)两相传质过程的塔设备,目前最普遍应用的是膜式传质设备与鼓泡式传质设备两种;从传质角度来说,鼓泡式传质设备的生产强度,按每1米~3容积计算时,往往要超过一般膜式传质设备好多倍。在气泡或是液滴中的传质速度亦较液膜为大;根据哈里夫(А.Л.Халиф)的研究,在一般情况下液滴的传质速度要此液膜大10～13倍。因之,从近十年的发展来看,对于鼓泡式传质设备的研究,更多地引起人们的注意。在改进泡罩塔的基础上,先后提出了许多新型的塔板结构。为了有助于我们对这些新型塔板结构更深入的了解,先根据图1对旧有泡罩塔的操作状况进行一下分析。     

塔板沟流及其影响

介绍了塔板上一种特殊的流动不均现象．首次给出了用热膜流速仪在φ1200冷模高弹性浮阀塔板上测定的沟流量数据．并进行了塔板沟流量对塔板效率影响的模拟研究,在计算中采用了新的分区法──将塔板分为传质鼓泡区和沟流区,得出了不同参数条件下塔板沟流量与塔板效率的变化关系曲线。     

鼓泡塔内热质同时传递过程研究

在鼓泡塔内的热模实验表明,塔内存在一个适宜的液汽比。比较鼓泡塔和填料塔得出,完成相近的传热和传质负荷,鼓泡塔传热传质效率不及填料塔、鼓泡塔的蒸汽利用程度比填料塔高;鼓泡塔的操作弹性、设备堵塞等问题优于填料塔。故鼓泡塔亦是较理想的热水塔塔型,可用于水煤浆气化系统。