填料塔液体分布器的设计(续二) 第三讲 孔盘式液体分布器的设计

介绍孔盘式液体分布器的结构、特性、适用范围、设计参数和设计方法,并给出了一个工业设计实例。     

结构型槽盘式液体分布器性能研究

针对槽式液体收集再分布装置存在的占塔空间大的缺点,设计制造了一种结构型槽盘式液体分布器,使单套液体收集再分布装置总高降低18.8%,为降低全塔阻力及塔高提供保障。在此基础上,利用FLUENT软件模拟气相通过槽式液体收集再分布装置、传统槽盘式和结构型槽盘式分布器的阻力损失,同时搭建了液体分布器分布性能测试平台,对该结构型分布器进行分布性能测试。结果表明:结构型分布器较传统分布器阻力减小很多,说明其设计的合理性。对该结构型液体分布器的液体分布性能测试结果进行分析评价,表明该分布器分布性能为优,确保塔内液体实现良好的液体分布,且在工业应用中初见成效。     

液体分布器布液孔减阻脱附性能分析

为了改善液体分布器布液孔的减阻脱附特性,文章建立了孔板式液体分布器的参数化模型,利用有限元软件的优化模块对布液孔进行优化,得到具有减阻脱附特性的布液孔结构。然后采用三维数字化建模软件建立新型液体分布器的三维模型,并模拟分析2种布液孔结构对壁面剪应力、速度、摩擦阻力系数和边界层分布的影响,由结果可知:与通孔型布液孔相比,圆锥形布液孔能够降低壁面剪应力、壁面速度以及摩擦系数,对壁面边界层进行有效控制。最后通过实验对模拟结果进行验证,模拟结果与实验结果能够较好地吻合,说明数值模拟能够有效地预测布液孔的减阻脱附特性。     

孔盘式液体分布器的优化设计

通过优化分析,建立起孔盘式液体分布器结构尺寸的优化数学模型,利用优化设计程序,能够确定出分布器满足分布质量的最优尺寸。     

槽式液体分布器预分布管的均匀性分析

为了提高槽式液体分布器预分布管流体分配的均匀性,把均匀开孔变成非均匀开孔Ⅰ、非均匀开孔(加卸压孔)Ⅱ两种开孔方式,借助计算流体力学软件FLUENT利用k-ε模型对其三维流场进行数值模拟求解。分析得出改变开孔直径,并加一卸压孔这种开孔方式下各孔的出流量、管内的静压和湍动能分布最均匀,适用于工程的操作。     

淡液蒸馏塔液体分布器的改造

淡液蒸馏塔是重碱车间氨回收的重要设备之一,其主要作用是对来自煅烧车间和氨冷气的冷凝液进行氨回收。本文主要介绍了重碱车间淡液蒸馏塔液体分布器的改造。     

横向流动对槽式液体分布器孔口出流的影响

以CFD模拟为工具,对槽内横向流动对孔口出流的影响进行了研究。研究结果表明:孔口的流量随着槽内横向流速的增加而减少。另外,研究结果还表明液位越低、孔口直径越小,孔口出流越容易受到横向流动的影响。对于处理量较大的槽式液体分布器,横向流动有可能导致大规模不良分布。因此,应对液体在分布器内的流动特性进行系统的研究,以避免形成大规模不良分布。     

填料塔液体分布器的研究进展

填料塔作为化工单元操作过程中重要的汽液传质设备,因具有传质效率高、整塔压降低、能耗低等优点,已经成为精馏操作中的关键设备。液体分布器是填料塔中重要的塔内件,其结构形式直接关系到液相物料在塔内的分布情况,从而影响填料塔的分离效果。本文系统介绍了液体分布器的发展现状,从自然流分布、径向分布系数等方面详细总结了分布质量对填料塔分离效率的影响;深入分析了国内外关于各种结构类型的液体分布器的理论研究以及设计优化过程;并总结了不同液体分布器分布质量评价方法的适用场景。文章最后对液体分布器的发展进行了展望,为液体分布器的设计与优化提供了思路。     

填料塔孔口型液体分布器液体穿孔流量系数实验研究

在特制的实验装置中 ,针对填料塔孔口型液体分布器最常见的单孔流量范围 ,实验研究了 8种孔口的流量系数 Cd随孔口结构和雷诺数 Re的变化规律 ,从所得到的 5 0 8组 Cd- Re数据表明 ,各种孔口的 Cd 均与Re密切相关。Re大于 10 0 0 0 ,Cd 为一恒定值 ,在 0 .6 1～ 0 .96范围 ,仅随孔口结构而变 ,Re小于 10 0 0 0 ,Cd呈现出急剧、复杂的变化。实际填料塔液体分布器孔口射流雷诺数多在 10 0 0 0以下 ,故将流量系数作为常数来处理是不够合理的     

填料塔液体分布器的设计(续四)──液体再分布器

强调在填料塔中设置液体再分布器的重要性,介绍各种类型液体再分布器和液体收集器的结构、特性、适用范围,简要说明其选用和设计要点     

填料塔内液体分布器均布性能的CFD模拟

针对适用于规整填料的槽式液体分布器的初始布液性能 ,在现有的经验参数基础上 ,我们利用商业计算软件FLUENT对特定条件下的液体分布时的流动情况进行数值模拟计算 ,所得结果基本符合实验情况。     

Influence of an orifice on liquid–liquid two phase flow

The present study aims an in depth investigation of liquid–liquid horizontal flow through an orifice. Initial studies have been directed to observe the influence of the orifice plate on the phase distribution of the two liquids in the pipe. The flow patterns have been identified using an optical probe along with photographic technique. The probability density function (PDF) analysis of the random signals obtained from the optical probe has been adopted to quantify the observations. The cross‐correlation function between the probe signals upstream and downstream of the orifice has been estimated to check the repeatability of the phenomenon. The inception of dispersion in the downstream section has been observed to occur in the stratified region of the upstream. The use of an orifice as a homogenizer as well as a feasible flow‐metering device for liquid–liquid flow has been encouraged by experimental results.     

注流孔结构对中间包流场影响的物理模拟

针对某钢厂十流中间包紊流抑制器注流孔结构不合理引起流场分布差、各流铸坯质量不均的问题,运用相似原理,使用相似比为1:3的物理模型进行水模型实验,设计不同的注流孔结构研究流体在中间包的平均停留时间曲线及流场显示特征,明晰注流孔结构对中间包流场的影响规律,优化紊流抑制器注流孔结构,达到中间包流场优化及浸入式水口各流一致性提高的目标。结果表明,长距离多流中间包在无堰坝结构条件下,紊流抑制器的注流孔内径尺寸、数量及开孔方向对中间包流场都有影响,注流孔内径的影响最为显著,数量次之。设计的最佳注流孔内径由原型的53 mm缩小至30 mm,死区比例由54.05%降至34.69%,F曲线最大标准差由0.0154降低至0.0035,中间包流场得到改善,各流一致性显著提高。当注流孔数量由1个增加至3个,死区比例由34.69%增大至46.05%,F曲线最大标准差由0.0035增大到0.0062,注流孔数目越多,流场死区比例反而越大,各水口流场的一致性越差。对长距离多流中间包,建议主要通过适当改变注流孔内径及减少孔数来改善中间包流场,提高各流一致性。     

变截面导流筒换热器入口流场均化性能数值仿真

采用变截面导流筒真实三维实体模型,通过数值模拟的方法,以流体流动均匀性和压降作为综合衡量依据,研究了变截面导流筒装置中关键结构参数的变化对其内部流体流动均匀性和流体流动阻力的影响规律,得出了导流筒的结构参数L,H,θ与壳程进口处流体流动状况的对应关系,证实了在适当范围内调整上述结构参数,不仅可以提高壳程进口处流体流动均匀性,而且可以有效降低壳程流体的压力损失。从导流筒换热器的流体流动均匀性和壳程压降角度出发,推荐L,θ,H的取值范围分别是:L=50~70 mm,θ=7°~12.5°,H=50~100 mm。研究结果为变截面导流筒换热器优化设计提供了参考依据。     

分布器结构对环流反应器气含率分布的影响

采用κ-ε二方程模型和欧拉多相流模型,对一种单筒单级气升式气液环流反应器内的湍流气液两相流进行了全尺寸的数值模拟研究,考察了采用3种不同气体分布器时反应器内气含率和流速分布的细节.模拟结果表明不同结构的分布器对总体气含率和内筒中的两相速度分布有很大影响,因而对气含率分布和气液两相接触效果有较大影响,从而对反应过程产生影响.单环分布器产生的气液两相接触效果较差,对于反应过程很不利.对于大直径的环流反应器推荐使用多环分布器.计算所得的整体气含率与实测的整体气含率进行了对比,吻合较好.     

文丘里卷吸型气液分配器液体分配性能的结构参数研究

为了改善滴流床用的内卷吸型气液分配器的液体分散差的现象,提出了一种文丘里卷吸型气液分配器,并对其结构参数进行了参数化研究,定量认识卷吸型分配器的结构参数对其气液分配性能的影响。在冷态实验装置上进行了文丘里卷吸型气液分配器性能实验,建立了耦合群体平衡模型的欧拉-欧拉两相流模型,数值模拟了文丘里卷吸型气液分配器气液两相分配流动过程。冷模实验结合数值模拟,系统性考察了各结构参数对卷吸型气液分配器的液体分布均匀性、喷淋半径以及压降的影响。结果表明,采用具备缩-扩结构的文丘里管作为降液管能够有效提升卷吸型分配器的分布均匀度和喷淋半径,并显著降低压降。通过正交试验,获得了主要结构参数与分配性能的相关性,给出了结构参数与性能指标的经验关联式。降液管的扩张段是改善液体分配性能的关键结构,其扩张角为30°时液体分配性能最好。     

多级闪蒸节流孔两相流特性研究

采用动态高速CCD成像和计算机图像处理技术对多级闪蒸节流孔两相流特性进行了测试。在单相流和两相流2种条件下,首次对U型弧底节流孔的流体力学和热力学性能进行了实验研究,和通用的平底节流孔进行了比较。对影响节流孔开度的主要因素液位高度、级间压差和流体流量进行了实测和分析,考察了不同闪蒸条件下U型弧底节流孔的开度变化规律和2种节流孔的闪蒸效果。结果表明,U型弧底节流孔具有更大的压降和更高的热力学效率。     

Experimental investigation on dynamic behaviour of bubbles emerging from micro-capillary orifice in a flow channel

The flow phenomenon of liquid with bubbles is widespread in various industrial fields, which determines the mass transfer characteristics of the equipment. In this work, the dynamic behaviour of bubbles emerging from micro-capillary orifice in a flow channel was studied by a visualization experiment, while the effects of gas flow rate and liquid flow rate on these processes of bubble growth, departure, and inrush were explored. The experimental results showed that one bubble formation cycle can be divided into three stages: Waiting, departure, and inrush, as well as the dynamic behaviour of bubble emerging from micro-capillary orifice in a flow channel, were significantly affected by gas flow rate and liquid flow rate. At a higher gas flow rate, the growth time and the departure time were shorter, as well as the departure volume of the leading bubble and the inrush volume of the trailing bubble were smaller, while the transverse longitudinal ratio fluctuated more violently, and the swing amplitude of the bubble centroid was greater. With an increasing liquid flow rate, the growth time, the departure time, and the inrush time shortened, while the departure volume of the leading bubble decreased and the fluctuation of the bubble centroid weakened. These findings are conducive to improving the performance of the equipment by optimizing the design of the aerator to regulate the dynamic behaviour of bubbles.     

波纹板填料表面液体降膜流动的特性分析

基于降膜流动实验台,结合计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究了波纹板表面液体的平均液膜厚度和有效润湿面积等定量信息,并通过三维模拟进一步分析了喷淋密度和波纹倾斜角度β对降膜流动特性的影响。结果表明,液体在波纹板表面的流动并非均匀,分为沟流和溪流两种形式;当喷淋密度较小时,液体在波谷内形成沟流,当喷淋密度达到400 m3/(m2?h),液体跨越相邻波纹进行溪流流动;两种形式波纹板整体的润湿性能均较差,且液膜厚度分布不均;波纹倾斜角度对降膜流动特性影响较大,90°时更有利于提高有效润湿面积。