探析多溢流大型塔板的计算传质学研究

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1、天津大学硕士学位论文多溢流大型塔板的计算传质学研究姓名：高雪颖申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：刘春江20090501中文摘要多溢流大型精馏塔的设计一直是工程设计的难点，目前普遍采用的设计方法一般不考虑塔板上液体流动对传质效果的影响，本课题组前期的研究表明塔板上液体流动结构是影响塔板效率的重要因素，但关于大型多溢流塔板上液体流动结构变化对塔板传质效率影响的相关研究尚未见文献报道，为此本文以直径12m的四溢流大型精馏塔塔板设计为具体研究案例，应用计算传质学方法来研究流体流动结构对板效率的影响，建立了

2、描述四溢流塔板上液体流动和传质状况的理论化计算方法，并对含有lO块塔板的精馏塔全塔流动与传质状况进行了初步研究。论文首先对单块塔板的流动与传质现象进行了研究。针对等流道长度和等鼓泡区面积两种设计方法，运用CFD技术对不同流量分配下塔板上的速度场和浓度场进行了模拟，结果发现所研究的塔板的侧翼板出现回流区，而中间板未出现回流区；在等流道长度情况下，当侧翼板和中间板的液体流量比Q1／Q2为1／2时计算出的塔板效率最高，而在等鼓泡区面积情况下流量分配比Ql／Q2为1时塔板效率最高，而且在相等流量分配下等鼓泡面积法

3、比等流道长时得到的塔板效率高，其他流量分配下等流道长法比等鼓泡面积法得到的塔板效率高。针对两种传统的设计方法，提出了三种改进方法，即：加设导流板，改进降液管结构，加设导流板同时改进降液管结构。模拟结果表明：这三种改进方法均可以减小液体回流区面积。通过对各种结构塔板效率的比较发现，等流道长度法采用加入导流板的四溢流塔板在流量分配比为1／2的情况下的塔板效率最高，比传统设计方法提高4．6％；等鼓泡面积法采用带导流板和改进降液管的四溢流塔板在等流量分配时的塔板效率最高，比传统设计方法提高7．1％，说明改进塔板结

4、构能够提高多溢流塔板的分离效率。第二，论文对含有10块塔板的精馏塔的全塔流动与传质现象进行了初步研究。针对等流道长度和等鼓泡面积两种传统设计方法在等流量分配情况下的全塔流动和传质情况进行模拟，结果表明：等鼓泡面积法各板的液相出口平均浓度较等流道长法低，所以相应等鼓泡面积法的各板效率总体上大于等流道长度法的各板的板效率。关键词：大型精馏塔四溢流塔板计算传质学CFD塔板效率塔板结构优化ABSTRACTDesigningofcommercialscalemulti-passdistillationcolumnt

5、rayisatoughtaskforchemicalengineers．Ithasbeenshownthatliquidflowpaaemisofgreatimportanceindeterminingtrayefficiency,butpresentlyusedmethodoftenneglectsthiseffect．Totheauthor’Sknowledge，thereisnopublishedtheoreticalworkforinvestigatingtheflowandmasstransfe

6、rperformanceoncommercialscalemulti—passdistillationcolumntray．Inthispaper，computationalmasstransfermethodfordesigningfour-passdistillationtraywith12mindiameterisdevelopedandappliedtoinvestigatingflowbehaviorandmasstransferperformance．Thenpreliminaryinvest

7、igationoftheflowpatternandmasstransferphenomenonina10trayscolumniScarriedout．Firsttheflowandmasstransferphenomenonofonetrayisinvestigated．AcomputationalmasstransfermodeliSdevelopedtodescribetheflowandmasstransferbehaviorforafour—passdistillationtray．Using

8、theproposedmodel，twomethodsincludingequalflow-pathlengthandequalbubblingareaareadoptedtOsimulateflowpatternandconcentrationdistributionatdifferentliquidloadratiobetweenside．trayandcenter-tray．Simulatedresultsshowtha