海水脱硫散堆填料塔的数值模拟及传质计算

采用体积平均法建立了描述散堆填料塔内气、液两相的流动模型;在双膜理论的基础上建立了平均体积传质模型。通过数值计算,获取了在不同液气比下塔内流体速度、孔隙率分布、压力分布及脱硫效率,并就压力损失和脱硫效率与实验值进行了对比,预测值与实验值吻合较好,趋势完全一致。分析填料塔内海水的速度分布矢量图和填料塔中间高度断面上的速度分布图发现,靠近壁面处存在着显著的壁流现象,并在沿流方向上液体有向壁区积聚的趋势,壁流现象变得更严重。由3种填料径向孔隙率分布图可看出,近壁面处的孔隙率明显高于中间区域,表明这是形成壁流的原因所在。     

隔壁塔内半圆填料层中壁流与返混特性研究

在填料塔三参数壁流模型的基础上,提出了应用于隔壁塔半圆型填料层的壁流模型。通过实验对模型参数进行了估计。模型计算值与实验值吻合较好。在内径为580 mm、高2800 mm的半圆冷模塔内,常温常压下以空气-水为介质,测取了散堆填料的壁流曲线,分析了气液速率变化对壁流的影响。以氯化钠溶液为示踪剂,通过脉冲注入扰动响应技术获得停留时间分布曲线。发现气液速率变化均对停留时间分布产生不同程度影响。同时比较了同一填料层高度塔壁区和整体区的平均停留时间,在壁流充分发展阶段,塔壁区的平均停留时间明显小于整体区。从另一方面量化了壁流效应的影响。应用线性回归得到单相流和气液逆流时计算Pe_d的关联式。对于新型填料及塔内件的开发、改进隔壁塔的设计方法,从而实现安全有效放大具有参考意义。     

筛孔塔板上气相错流对液相流场影响的实验测量

利用热膜流速仪、测量了矩形塔内光板上液体单相流动以及筛孔板上气液两相流动时的液体流速分布，实验主要考察气液两相错流时，气体鼓泡作用对鼓泡区下游液体流速分布的影响，实验结果表明，单相流动时，受壁面效应的影响，靠近塔壁的液体的速度最低，气液两相错流时，受气体阻力作用的影响，靠近壁面液体的速度反而大于远离壁面处液体的速度，气相流量越大对液相流场的影响作用越强。     

大管径垂直管道内高压汽液混合流动的数值研究

采用流体体积模型(VOF)对高压环境下190 mm大管径垂直管内水蒸汽-水混合流动进行数值研究。数值计算得到了5.07,10.13与17.23 MPa高压下大管径垂直管内汽液流型分布图及搅混流态的相分布图和速度场分布,并与常压下的计算结果进行对比,以研究压力环境带来的影响。数值结果表明,高压环境下大管径垂直管内的流型图与Hewitt和Roberts流型图的吻合度较差。高压环境下大管径垂直管内没有出现雾状流;泡状流和搅混流的发生区域扩大;弹状流的发生区域被压缩得很小;环状流的变化最小。随着压力的增大,大管径垂直管内汽液搅混流中界面波的高度有所降低;液膜铺展在壁面的面积扩大;系统的稳定性提高。速度场分布是管道中心处速度较大;近壁面处速度场发生振荡;壁面处速度迅速减小至零。随着压力的增大,近壁面处速度场振荡的紊乱程度减轻。根据汽液两相流动特性,分析了发生以上现象的原因。     

新技术在传统填料塔中的应用

根据填料塔内气液传质的特点,将填料由固定改为跳动形式,采用新型的气液分布器、雾沫分离器,增加防壁流环等,提高传质效率,降低阻力.     

填料塔气体分布器二相流场计算流体力学数值模拟

填料塔内气体分布器对进料气流的分布作用和填料塔的分离效率,特别是对低压降、高效填料有重大影响。文中运用计算流体力学(简称CFD),采用欧拉-拉格朗日二相流模型建立了填料塔内双切向气体分布器内三维瞬态气液二相流模型,气体的湍流运动采用k-ε湍流模型计算。模型中考虑了二相之间的作用力,包括液滴所受的曳力和虚拟质量力。求解时时间项采用隐式格式,时间步长取1×10-4s,对流项采用二阶迎风格式,压力-速度耦合方程的求解采用了S imp lec方法。在不同操作条件下,模型计算得到的压降、夹带、气体分布不均匀度和文献报道的实验值吻合较好。从而可以看出,CFD模型可以较为准确地描述双切向环流式气体分布器内瞬时气液二相流场。     

鲍尔环在我厂脱碳装置上的应用

催化热钾碱法脱除氨合成气中CO_2,由于其净化度要求高,溶液较易发泡,目前国内外仍广泛采用性能比较稳定、操作可靠的填料塔作为气-液接触设备。 传统的拉西环填料,由于其填料空隙率较低,流体阻力较高,泛点速度较低,加之在拉西环填料塔内易使喷淋液在塔内形成沟流并流向塔壁,从而降低了塔的处理能力。因此,近     

等几率并螺旋填料塔的研究

为解决了高效填料塔的放大效应问题,研制了等几率并螺旋填料塔,其具有传质效率高、压降低的特性,集成毛细管气液分配器使填料塔内液体初始分布均匀,克服了高效填料塔的壁流效应。2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的工业化分离实验表明,该填料塔不存在放大效应,可用于难分离物系的精馏。     

高黏流体在折流板上的降膜流动

为探究高黏流体在开窗导流填料片上的流动性能,文章采用多折流板结构代替开窗导流填料片结构,利用激光多普勒测速仪(LDA)测量了水溶性硅油在多折流板上的流动情况。通过移动测速仪的坐标架,可测得降液膜沿横向、纵向和膜厚方向的速度分布;通过观察仪器显示屏上的速度信号,可计算出液膜的厚度。比较不同折流板上的速度及膜厚差别,实验发现在低流速下(Re10),折流板通过改变流体流动方向,使流体产生了明显的波动,从而加强了表面更新。实验还发现,在各个位置上速度沿膜厚方向的分布,均呈现出了类抛物线状,在气液接触面处速度有降低的趋势。同时,实验研究了液体流量、黏度对膜厚的影响,并回归出经验公式、经验值与实验值的误差在6%之内,可应用于硅油在折流板上流动。     

规整填料在苯精馏塔中的应用

规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排布，整齐堆砌的填料。它规定了气液流路，改善了沟流和壁流现象，压降可以很小，同时可以提供更多的比表面积，从而达到更好的传质、传热效果。     

受限气固两相射流的实验研究和数值模拟

采用PV4A颗粒测速仪测量受限气固两相射流流场中固体颗粒的速度和浓度并运用CFD软件对颗粒相进行数值模拟,模拟和实验结果基本吻合。结果表明,颗粒轴线速度衰减存在一个峰值而轴线相对浓度在起始段急剧衰减然后趋于平缓;颗粒因为湍流扩散在炉壁上有富集现象,并且相对于小粒径颗粒,大颗粒在壁面富集现象更明显。实验结果对粉煤气流床气化炉的工业应用有重要的参考意义。     

浆态床鼓泡反应器中气含率的分布

为了解浆态床鼓泡反应器中气含率的分布规律,在浆态床鼓泡反应器冷模试验装置中,以空气-液体石蜡-氧化铝微球为试验介质对装置内部的气含率进行研究。利用压差法研究了表观气速、浆液固含量等操作条件对反应器床层总体气含率的影响,利用光纤探针法研究了浆态床反应器不同操作条件对局部气含率的影响,总结了反应器内部气含率的分布规律,并由此对工业浆态床鼓泡反应器的设计进行了研究。结果表明:浆态床反应器的总体气含率随表观气速的增大而增大,固体细颗粒的加入能适当降低总体气含率;在反应器底部,分布器对气体的均布作用明显,但表观气速的增大能够弱化分布器的作用;在反应器的中上部气含率不受分布器的影响,沿反应器径向呈现"中间高,边缘低"的分布趋势;在工业费托浆态床中,表观气速不宜低于0.12 m/s,内过滤系统适宜设置于反应器中上部靠近器壁的位置。     

大型快速流化床内颗粒浓度和速度分布的实验研究

采用压力巡检仪和光纤测量仪,对直径300 mm的快速流化床反应器内气固两相流动特性进行了研究,考察了操作条件对快速床轴、径向催化剂颗粒浓度、颗粒速度、筛分分布等的影响. 结果表明,当操作气速提高到2.0~2.6 m/s,相应的催化剂循环强度在60~160 kg/(m2×s),床层密度可保持在50~650 kg/m3;催化剂颗粒浓度在径向上呈中心低、边壁高的不均匀分布,轴向上各径向位置在颗粒加速区逐渐降低、在充分发展区趋于稳定、随表观气速增大或催化剂循环强度减小而减小,且径向均匀性变好,在r/R<0.7的中心区域趋于一致;颗粒速度在径向上呈中心高、边壁低的抛物线形分布,且随操作气速增大或催化剂循环强度增大而更加明显.     

填充沸石的大型离子交换柱内流场模拟

针对沸石法海水富钾工程化放大中的关键问题,采用Fluent中多孔介质模型对填充沸石的大型离子交换柱内流场进行了模拟研究。主要考察了沸石的孔隙率和颗粒直径、海水进口速度、沸石柱长径比以及柱内形成的沸石层凹坑等条件对离子交换柱内流体流动的影响,结果发现：孔隙率和颗粒直径直接关系到沸石层内流体的速度分布,海水进口速度、沸石柱长径比等条件对沸石层内的流体流动并无显著影响;而在孔隙率和颗粒直径确定的条件下,由于海水冲击形成的凹坑对沸石层内流体影响较大,会在凹坑两侧形成滞留区,进而影响沸石对海水中钾的吸附。根据模拟结果优化了填充材料、设备结构以及工艺等参数,为沸石法海水富钾关键装备进一步扩大规模提供了理论支撑。     

提升管内气固流动特性的离散元模拟

采用离散单元法模型对二维提升管内气固流动特性进行了数值模拟。利用标准k-ε模型模拟气相的湍流流动,考虑了颗粒间的van der Waals力和滚动摩擦的作用。通过对颗粒和气体流动行为的分析,得到了颗粒浓度、速度、温度及气体速度等的分布,研究了表观气速和颗粒循环速率对颗粒流动的影响。结果显示:颗粒在提升管内呈现边壁浓、中心稀的环核流动及上稀下浓的流动结构;气固两相都存在一定程度的返混现象;增加表观气速,使颗粒浓度降低、速度增大,颗粒分布更均匀;增加颗粒循环速率,使颗粒浓度增大,而颗粒速度对颗粒循环速率的变化不敏感,颗粒分布的不均匀性更强。模拟结果与文献中实验定性吻合。     

圆管内含颗粒幂律流体的密相两相湍流

阐述了幂律流体控制方程的特点,研究了幂律流体的稠度系数和流动指数的变化对两相流动的影响.随着流动指数的增加,幂律流体在圆管中心附近的主流速度减小,同时颗粒相速度在圆管中心附近增大,而在管壁附近减小.随着稠度系数的增加,幂律流体和颗粒相的主流速度分布出现了与流动指数带来的影响相似的趋势.对带颗粒的幂律流体的两相流流动与液固两相流流动做了比较,幂律流体两相流的流体速度在管道中心附近的大部分区域比液固两相流的流体速度流动的速度大,而颗粒相的速度分布比较平坦.     

螺旋半圆管夹套内湍流流动与传热的数值模拟

应用CFD分析软件Fluent,在简化模型的基础上对螺旋半圆管夹套内的三维湍流流动及换热进行了数值模拟. 结果表明,夹套内与螺旋线垂直的横截面上,切线方向的时均速度等值线呈鞍状分布,弯曲外壁侧的速度梯度远大于直内壁侧;二次流为稳定的两涡结构,二次涡的中心位置在半圆形截面的2个尖角附近. 由于二次流的作用,换热壁面上局部努塞尔数Nulocal分布不均,最小值在壁面中心点处,最大值在中心点两侧,研究范围内,最小值为平均值的0.8~0.85倍,最大值为平均值的1.15~1.25倍. 螺距对夹套内充分发展段的流体流动及换热的影响很小;增大曲率,夹套的换热能力增强,同时流动阻力也增大.     

立体传质塔板板上液相速度场的实验研究

在1 000 mm的冷模实验塔内采用热膜测速仪对立体传质塔板(CTST)的板上液相速度分布进行了实验研究。得到了CTST板上液相在平面上的速度分布特征;在液层高度方向,液相速度分布在塔板进口、出口和帽罩的底隙附近,分别具有不同的特点。考察了堰高、液体流量、板孔气速对板上液相流场的影响。测量结果表明,罩内气体的提升作用对板上液相流场影响较大,底隙附近的液体速度与进入塔板的液体速度之比随堰高和板孔气速的增大而增大,随着液体流量的增大,该比值减小到一定程度后略有回升。