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旋转带蒸馏塔的计算流体力学模拟

董丽萍  
【摘要】: 旋转带蒸馏是近几年才广泛使用的蒸馏技术,它能在高真空和高理论塔板数的条件下对液体状态下沸点很近或具有热敏性的混合物进行分离。蒸馏时旋转带在中空的塔中高速旋转,对塔内上升蒸汽和下降液体不断作用,使从塔顶下流的冷凝液形成具有一定速度的射流,射流与上升气体接触进行传质和传热。这种特殊的操作方式使气液两相不断紧密接触,增加表面更新速度,可以达到极佳的分离效果,并且具有等板高度低、持液量低、压降小等优点。而对这种分离装置的理论研究未见文献报道,率先对旋转带蒸馏装置进行基础理论研究,将会对我们了解这项先进分离技术起到积极作用。 课题主要利用计算流体力学软件FLUENT6.2对旋转带蒸馏塔的流体力学性能进行模拟,得出不同操作条件下旋转带蒸馏装置的停留时间分布、示踪剂的浓度分布、塔内流体的速度分布和液膜形成情况,并分析了物性对塔流体力学性能的影响,通过实验验证模拟结果的正确性。 课题选择Realizablek湍流模型对旋转带蒸馏塔不同操作条件下单相流进行模拟,结果表明进料速度越小,塔内示踪剂浓度分布越均匀;转速越大,流体的停留时间越长,流体的速度分布越平滑。平均停留时间和示踪剂浓度与实验结果吻合。 课题选择欧拉模型模拟了塔内气液两相流流场,结果表明,液体进料速度越大,其切向速度越大,形成的液膜越均匀,液膜越厚,持液量越大;气速越大,液体的切向速度越大,形成的液膜越厚,持液量越大,压降也越大,当气速增加到一定值时,液相被气体吹起形成回流;转速越大形成的液膜越薄,持液量越小,流体的湍动越剧烈,液体出现一定程度的回流,实验结果与模拟结果在一定误差范围内符合。 用VOF模型考察了流体表面张力和粘度对流场的影响。表面张力主要影响流体的切向速度;粘度对速度场的影响比较明显,粘度越大,液相切向速度和轴向速度越小,而且液相在塔中聚集,影响气液接触,提高转速情况得到改善。


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