试析蒸馏塔板上流体力学及传质的研究

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1、天津大学博士学位论文蒸馏塔板上流体力学及传质的研究姓名：李瑞申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：周明2002.1.1天津大学博士学位论文摘要摘要(W(式塔作为精馏过程的常用设备一直在化学工业、石油化工等生产部门占用着重要地位。虽然近年填料塔发展比较快、应用越来越普及，但板式塔因其.l}形式多样、易于维修、造价低、适于高压、高粘度、易结晶物料情况等特点，一直被广泛采用。近半个世纪国内外的研究工作者对于板式塔进行了大量的研究，并通过实践得出了许多宝贵的理论和经验，然而因为塔内的汽液两相流动较为复杂，至今尚未得出比较准确的塔板效率估计方可赢板式塔的设计工作中，设计者在通过化工过程模

2、拟软件计算出工业生产中所需的理论塔板数，然后根据经验估算一个塔板效率，从而决定所需的实际精馏塔板数.而在这个过程中，塔内的液体流动状况、气体分布形式很少被考虑，塔板效率粗略的估计无疑会影响设计的准确性，往往采样较保守的设计是以能源和材料的浪费为代价。(Pgk·更准确的预测塔板”率以及在此基础上进行的改。精馏塔操作状况的努力，对于板式塔的工业设计和发展都有着十分重要的作用。筛板是结构简单、应用比较普遍的一种塔板，对筛板效率成功的预测，对于其他类型的塔板效率的研究也会有借鉴作用少一-塔板效率的预测主要包括两方面的内容:塔板上汽液流动和传质的预测。烤板上“液“动的复杂”表现“:随着“液负

3、“的变化塔板上“出现”泡、泡沫、喷射等不同的工况;液体的不均匀流动严重的影响了液体在塔板上的停留时间，从而降低了滞流点处的传质推动力、整块塔板的效率;气相穿过塔板上液层的不同形态影响着液体的平均流速分布和湍动动能。塔板上汽液间传质的尹~.、复杂性表现在:一方面，气体在液层中的泡状分布和柱状分布通过影响传质面积和传质系数影响着传质，即使同是具有相同表面积的气泡，其直径大小的不同也会使得有效传质面积相差很大;另一方面，液体的不均匀分布也增加了传天津大学博士学位论文摘要质计算的难度。由上述可知，汽液之间的相互作用、流动与传质之间的紧密祸合，使得塔板上汽液之间组份的传递是一^Tk复杂的问题

4、。卜一~本文在国内外已有的研究基础上，充分考虑了筛板塔板上两相流动特征，针对上面提到的影响塔效率的两方面因素作了大量的工作:对于流体流动，我们提出了三维双液层流体流动模型。CA中，对气体在液体中的不同分布形态、气体对液体的动量传递及湍动动能的影响、不同液层的高度等参数都作了理论推导舞了相应的程序与现有的流体计算软件包结合得与实际塔板上流体流动出较为接近的计算结果。在试验中，利用x型热膜风速仪实现了三维流场的速度测童。对于两相间传质，本文在流场计算的基础上，提出对不同液层采用不同的传质形式传质系数和接触面积计算点效率最后估算的整块塔板的效率的方案。本研究大致分两部分，即:塔板上流体流

5、动的描述和两相传质描述。通过流体流场的测里，用三维流场数据验证了文中塔板物理模型的准确性，在流场计算的基础上，推导了塔板上两相传质计算方程，并作了简要的计算。关键词:计算流体力学气液两相流泡沫工况源相三维双液层模型夕"。一之。耐汗认丁天津大学博士学位论文ABSTRACTABSTRACTAsamainseparationequipment,distillationcolumnwithtraysplayaveryimportantroleinchemicalengineeringandpetro-chemicalengineering.Evenmuchresearchhasbeendo

6、neabouttrayeficiencyoverhalfofthelastcentury,thereisstill入nosatisfyingcorrelationormethodavailabletothedesignerduetothecomplexityoftwophaseflowonthedistillationtray.Sothedesignerhavetodecidetherealtraynumberdependingontheirexperienceafterthetheoreticaltraynumberisacquiredbytheprocesssimulation

7、.Intheestimationprocess,litleatentionislaidonthesituationoftwophaseflowonthetray.Asaconsequencetheaccuracyofdesignisretardedandtoooften,asuccessfuldesignisbasedonthewasteofmuchenergyandmaterial.Soanyeforttopredictthemasstransfermoreaccu