立式径向流吸附器的仿真模拟与安全设计研究

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1、中图分类号：TB657.7论文编号：102870718-S080学科分类号：083700硕士学位论文立式径向流吸附器的仿真模拟与安全设计研究研究生姓名李耀学科、专业安全科学与工程研究方向飞行安全与仿真模拟指导教师司海青教授南京航空航天大学研究生院民航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCivilAviationResearchonSimulationandSafetyDesignofVer

2、ticalRadialFlowAdsorberAThesisinSafetyTechnologyandEngineeringbyLiYaoAdvisedbyProf.SiHaiqingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要立式径向流吸附器具有占地面积小、床层压降低等诸多优点更适合空分设备的大型化发展趋势，但是由于其结构特点往往存在径向气流分布

3、不均的问题，制约了吸附与解吸的效率，甚至引发空分系统的安全事故，因此，研究吸附器气流均布的影响因素，优化吸附器结构参数，以提高立式径向流吸附器的效率，确保空分设备的运行安全，是本文的主要研究内容，具体包括：(1)研究了吸附过程中传质、传热对气流均布的影响，建立了H2O与CO2双组分气体在活性氧化铝和分子筛上的竞争吸附二维非稳态数值模型，运用线性驱动力(LDF)方程来描述气体与吸附剂的传质过程，采用多组分RealisticinteractiveLangmuir-BET(R-LBET)方程描述双组分气体在活性氧化铝

4、和分子筛吸附剂中的吸附平衡。研究表明本文建立的计算模型能够较好地描述空气在吸附床内的传热传质过程；(2)建立了立式径向流吸附器相对完整的轴对称模型，该模型充分考虑了导流器、球冠形封头、无孔区域等结构对吸附器的影响。通过加入一种呼吸阀有效解决解吸过程中的顶部“死区”问题，即由于无孔区域的存在，吸附器顶部流速较小，难以充分解吸的情况，进而防止碳氢化合物在液氧中积聚导致爆炸的危险；(3)研究了影响吸附器气流均布的结构参数，如，内、外流道截面积比，吸附剂装填孔隙率,双层床厚度以及中心流道气流分布器的几何形状。综合考虑多

5、种因素对吸附与解吸过程的影响，本文提出了一种系统的优化方案，尤其是本文设计的截锥体分布器，能使吸附与解吸过程的气流分布更加均匀。关键词：空分设备爆炸,立式径向流吸附器,空气分离,吸附与解吸,传热传质,气流分布器I立式径向流吸附器的仿真模拟与安全设计研究ABSTRACTRadialflowadsorberismoresuitableforlarge-scaledevelopmenttrendofairseparationplantsduetoitssmallfootprint,lowbedpressuredrop

6、andmanyotheradvantages.However,non-uniformflowdistributionusuallyexistsinaradialflowadsorberbecauseofitsstructuralcharacteristics,whichseriouslyrestrictstheefficiencyofadsorptionanddesorption,andevenresultsinanaccidentofairseparationsystem.Therefore,studying

7、theinfluencingfactorsofuniformairflowinadsorberandoptimizingthestructuralparametersofadsorberwillimproveitsperformanceandensurethesafeoperationofairseparationplant.Themainworksofthispaperinclude:(1)Consideringtheeffectofmasstransferandheattransferontheunifor

8、mityofairflow,thetwo-dimensionalunsteadymathematicalmodelwasestablishedtosimulatetheH2OandCO2competitiveadsorptionprocessintheactivatedaluminaandmolecularsieveadsorbent.ALinearDrivingForce(LDF)e