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《天津大学》 2002年
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加压下规整填料塔内流体流动和传质特性的研究及其计算流体力学模拟

张鹏  
【摘要】:本文首先在内径为150mm的精馏塔内对Mellapak 250Y型波纹板规整填料在加压下的传质性能进行了测试实验的操作压力为0.3-2.0MPa实验物系为正丁烷/正戊烷实验是在全回流条件下进行的研究表明气相总传质单元高度(HTUOG)可分为两部分一部分为不考虑返混影响的净气相总传质单元高度(HTU*OG)另一部分为由于流体的返混而引起的返混单元高度(HBU)根据填料塔不同轴向位置处液相样中正丁烷的浓度可确定HTUOG和HBU的值并给出了求算HBU的经验关联式结果表明在高压下填料的传质效率随压力的升高而下降气相总传质单元高度从1.017MPa时的0.3810m增大到1.924MPa时的0.5454m 将上述的精馏塔改填为Mellapak 350Y型规整填料来测量气液单相和气液两相流条件下气液相的轴向返混系数实验的操作压力仍为0.3-2.0MPa气液两相在填料塔内逆流流动气相为氮气液相为水它们的流量分别为2.0-5.0m~3h~(-1)和0.3-1.2m~3h~(-1)(实验条件下)流体的返混特性用示踪响应技术进行测量气相示踪剂为氢气液相示踪剂为饱和的氯化钠水溶液分别用热导法和电导法来检测通过获得的流体停留时间分布曲线采有时间域最小二乘法用一维轴向扩散模型对其拟合可确定不同实验条件下流体的轴向返混系数和有效流速结果表明气相轴向返混系数随有效气速液相喷淋密度和压力的增大而增大但液相喷淋密度和压力的影响要远小于气速的影响液相轴向返混系数随有效液速和气相动能因子的增大而增大压力对其没有影响最后给出了不同条件下计算轴向返混系数的关联式 通过引入表征体元的概念采用体积平均的方法建立了规整填料塔内气液单相流和气液两相流的基本输运方程与传统的输运方程相比方程中增加了空隙率相间相互作用力和动力弥散系数三项根据所建的模型用商业流体力学软件PHOENICS3.3对规整填料塔内流体的流动行为进行了模拟分别给出了压力场速度场和示踪剂浓度场的模拟结果根据模拟的示踪剂浓度分布对气液相单相流的轴向返混系数进行了估算所得结果与实验值的平均偏差为22
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