立体传质塔板罩内气液两相流动及传质过程的研究

【摘要】： 立体传质塔板(CTST)以梯形立体结构的帽罩为单元,将气液两相流动和传质从塔板上延伸至大部分塔板空间。罩内的气液流动是造成这种延伸的关键所在,同时又是促进传质的主要区域。对罩内气液流动和传质的研究既是优化帽罩结构的基础,又为预测整个塔板的传质效率提供理论依据。 本文在直径600mm的工业规模冷模实验塔中,研究了喷射板倾斜角度(α)和塔板伸入罩内长度(Wb)对罩内气液两相流体力学参数的影响,获得了较优的帽罩结构参数为α=8o、Wb=10mm。对帽罩进行了传质实验研究,得到了罩内沿高度方向的浓度分布,以及提升段和喷射段的传质速率和传质效率。 提出了采用不同模型对帽罩内气液两相流场分段模拟的方法。在充分考虑表面张力和气液相互作用力对两相流动影响的情况下,用VOF方法建立了能够较好追踪两相界面的提升段两相流模型。采用颗粒轨道模型模拟了喷射段的气液两相流动,模型中考虑了高速气体对液滴施加的曳力、液滴所受重力和虚拟质量力的影响,用随机轨道模型计算了液滴的湍流扩散。根据模拟结果,对提升段重点讨论了不同操作条件及帽罩结构对液膜流动的影响,得到了液膜流动的变化规律。在喷射段重点讨论了液滴粒度的分布规律,其结果与R-R分布函数符合较好,获得了液滴粒度的分布参数和特征尺寸。 分别建立了提升段和喷射段的传质模型,并对罩内传质进行了计算。在提升段把夹带液滴的核心气流看作等效流体,利用两相流模型对其进行了浓度分布和传质效率计算。在喷射段,以特征液滴的传质来处理复杂的传质过程,对喷射段浓度分布和传质效率进行了初步预测。模型计算结果与实验数据的整体趋势一致。