HSX型规整填料流体力学的CFD研究

通过多尺度方法,对HSX填料进行计算流体力学(CFD)模拟,得到了局部平均液膜厚度、气液有效润湿面积及全塔压降等数据。其中,通过建立二维和三维流体体积(VOF)两相流模型,分别计算了不同气液速度对液膜厚度及有效接触面积的影响。最终模拟压降结果与实验结果吻合性较高,表明CFD可以作为设计、改良填料的有效工具。     

HX型高效规整填料的流体力学和传质性能研究

在内径为500mm、填料高度为1m的有机玻璃塔内,对4种不同比表面积的HX型及X700型规整填料进行了冷膜实验,得到了表征两种填料流体力学性能和传质性能的实验数据。实验结果表明几种填料的压降、液泛气速和每m填料的理论级数符合一般规整填料的变化规律;与X700型填料相比,HX700型填料具有较小的压降和较高的传质效率,干塔压降平均降低了25%,湿塔压降平均降低了40%,液泛气速平均提高了12%,每m填料的理论级数平均提高了30%。     

双曲型高效规整填料的流体力学和传质性能

用两种双曲(SQ)型金属丝网波纹填料在内径为500 mm,填料高度为1 m的有机玻璃塔内进行冷膜实验。通过研究SQ型填料的流体力学和传质性能可知,此填料特殊的弧形波纹结构改善了气液分布。实验结果显示SQ型填料的传质性能要优于传统填料CY-700,当L=25.48 m3/(m2.h)时,SQ-700的HETP值比CY-700相对降低44.5%。对于同种SQ型填料,其压降,泛点和等板高度符合一般填料的变化规律,而SQ-800的比表面积大于SQ-700,故而传质效率高,能耗高,可操作范围小。     

TPI型规整填料的流体力学及传质性能研究

设计开发了一种新型波纹脉冲型填料,该填料结合直线结构和脉冲结构的优点,有效地降低了塔压降,并且显著提高了传质性能。实验采用氧解吸的方法对三折线脉冲（TPI）填料进行冷膜实验,测定了3种不同比表面积的TPI型填料的流体力学以及传质性能,并与传统的CY型填料进行了对比。相对于CY700型填料,TPI700型填料的流体力学和传质性能均有较为显著的提高。以流量L=22.49 m³/（m²·h）的情况为例,TPI700型填料的塔压降比CY700型平均降低了约39.4%,等板高度平均降低了约16.6%,液泛气速提高了约16.4%。结果表明,TPI型填料的性能较为优良,可以应用于高分离要求的行业。     

新型大通量规整填料的流体力学和传质性能研究

设计开发了A、B、C 3种比表面积为125 m2/m3的新型大通量规整填料。以空气-水为介质对填料进行冷模实验,研究其流体力学和传质性能,并在相同实验条件下与传统大通量填料Mellapak125X进行对比。实验结果表明,3种新型填料的塔压降均低于Mellapak125X,A、B两种填料的传质效率高于Mellapak125X;在喷淋密度L=33.72 m3/(m2·h)时,A、B、C 3种大通量填料的湿塔压降平均比Mellapak125X分别下降了26.7%、34.2%、40.3%,液泛气速平均分别比Mellapak125X大7.5%、11.3%、15.1%,A型填料等板高度平均比Mellapak125X低20%,B型填料的等板高度与Mellapak125X相似,C型填料的等板高度高于Mellapak125X。上述结果表明新型填料在增大通量的同时还保持了较高的分离效率。     

金属丝网规整填料的传质性能

为了研究金属丝网规整填料性能,在不同回流比条件下,考察了CDG1700Y和CDG2500Y型金属丝网规整填料在两种不同二元测试物系的传质性能.实验结果表明,这两种填料的压降随着液体流量的增大而增大,单位填料层高度的HETP变化趋势则相反;测试物系对传质效率有一定的影响;CDG1700Y和CDG2500Y型填料具有较高的理论板数,且CDG1700Y型填料具有较大的操作弹性.在SRP(Ⅱ)模型的基础上,获得了实验室条件下测试填料的气液传质系数的经验关联式,其预测值与实验结果吻合较好,可以为工业化设计提供指导.     

SY型丝网波纹填料的流体力学及传质性能研究

研究开发了一种新型SY丝网波纹填料。常温常压下,以空气-水-氧气为介质,在塔径500mm的有机玻璃塔内,对4种不同比表面积的SY型填料进行冷模实验,研究其流体力学和传质性能,并在相同实验条件下与丝网波纹填料CY700进行对比。实验结果表明,SY型填料的塔压降低于CY型填料,液泛气速和传质效率均优于CY型填料。当L=2249m3/(m2·h)时,SY700填料的湿塔压降比CY700降低了32%;L=1687m3/(m2·h)时,等板高度平均降低了12%;实验范围内,液泛气速平均增大了22%。上述结果表明SY型填料优化的波纹几何结构,改善了气液相通道,强化了气液两相接触传质,并增大了填料通量,具有较宽的操作范围和较好的分离效率。     

多面球填料的流体力学和传质性能

在直径为600毫米的不锈钢制填料塔中,对φ50毫米的聚丙烯多面球填料进行了流体力学和传质性能的测定。流体力学试验是用空气水系统进行的,实验范围为:空塔气速0.5～4米/秒;喷淋密度0～90米~3/米~2·小时。传质试验是用水吸收空气中的氨,实验范围为:空塔气速0.5～1.5米/秒;喷淋密度5.6～70米~3/米~2·小时;进口气体中氨含量为0.5%(体积)左右。为了鉴定这种填料的性能,在同一设备中于相同的操作条件下测定了φ50毫米的井字筋鲍尔环的数据以资比较。实验结果表明:所测试的这种多面球填料的流体阻力比鲍尔环平均约大一倍左右,但是它的传质性能较鲍尔环优良,其气相体积传质系数约比鲍尔环大13%～50%。如能设法在保持现有传质性能的基础上使阻力降低,则多面球填料是一种性能良好的填料。     

金属板波填料流体力学与传质性能的研究

采用乙醇-水系统作测试介质，在D为69mm精馏塔中，对金属压延孔板波纹填料4．5型与6．3型进行了流体力学与传质性能的测定，并将测定的数据加以整理、分析、研究。研究结果表明：在相同的操作条件下，4．5型的传质性能优于6．3型；而6．3型的压强降却小于4．5型。但就综合性能而言，6．3型还是优于4．5型。     

表面波纹对HSX填料传质影响的计算流体力学(CFD)模拟

应用计算流体力学（CFD）方法和流体体积（VOF）模型对气液两相流动行为和传质过程进行了研究。分别对富氧水在光滑板与波纹板上的解析进行了实验和CFD模拟研究,模拟结果显示波纹结构对于增加传质推动力有明显的作用;在液相雷诺数Re<90时,波纹板的传质效率比光滑板高出20%左右。对由CFD模拟得到的流场信息进行分析,结果表明波纹的存在增加了流体的湍动,造成波纹板传质效率增加;随着液相雷诺数的增大,波纹对气液相界面的影响逐渐减小,波纹板与光滑板传质效率的差值逐渐减小。模拟结果与实验结果吻合度较高。     

250K 变向孔板波纹填料的流体力学和传质性能

测定了250K变向孔板波纹填料的流体力学和传质性能,并将其和250Y型孔板波纹填料进行了对比.实验结果表明:变向孔板波纹填料可以明显消除"壁效应",使汽液分布均匀.与250Y型孔板波纹填料相比,压降可减小20%,泛点气速提高20%,传质效率提高10%～20%.对250K变向孔板波纹填料的流体力学实验数据进行了关联,获得了压降和气速的关联式.     

导向梯形喷射填料式塔板的流体力学与传质性能研究

结合导向孔、填料和立体塔板的优点,设计了一种导向梯形喷射填料式塔板（FTS-PT）,在直径为500 mm的有机玻璃塔内采用空气-水-氧气物系进行冷模实验,分别测定了4种梯形角度实验塔板的流体力学性能（包括干、湿板压降,清液层高度,漏液,雾沫夹带）和传质效率。根据实验数据拟合得到FTS-PT塔板的干、湿板压降关联式。与新型垂直筛板和F1浮阀塔板相比,FTS-PT塔板压降较低。综合比较4种角度的导向梯形喷射填料式塔板的流体力学性能和传质效率,结果表明当梯形帽罩倾斜角度为8°时,塔板综合性能最好。     

新型高效规整填料性能研究

在内径为Ø500mm的有机玻璃塔内,以空气-水为物系,对BH-250、BH-1000、BH-1500、BH-2000型波纹填料进行了流体力学及传质性能测试,并对其各项性能指标（波纹倾角、丝网层数、比表面积）进行了对比试验研究。研究了填料的网纹沟型、表面处理技术等结构特性对填料性能的影响。结果表明BH-1000丝网波纹填料的上述综合性能指标优于BH系列填料中的其他填料。     

规整填料塔内气相流动的计算流体力学模拟

通过引入表征体元的概念，采用体积平均的方法，使规整填料塔内的非连续介质连续化，建立了规整填料塔内气相单相流的体积平均连续性方程、运动方程和质量传递方程；用PHOENICS3．3对规整填料塔内气相单相流的速度分布和质量分数分布进行了模拟，给出了xz剖面的压力分布图、xz和xy剖面的速度分布图和不同时刻xz剖面的示踪剂浓度分布图；模拟结果能反映规整填料内气体的流动情况．结果表明：在压力小于2．0MP。时，气相轴向返混系数基本不受压力的影响，且随着有效气速的增加，其明显增加；轴向返混系数的模拟值与实验值的相对偏差小于40％．     

新型导向立体喷射填料式塔板的流体力学及传质性能研究

设计了一种大通量、高效率的新型导向立体喷射填料式塔板(FJPT),以空气-水-氧气为物系,在直径为500 mm的有机玻璃塔内进行冷模实验,测定其流体力学性能和传质性能,包括干板压降、湿板压降、漏液、雾沫夹带、清液层高度和塔板效率等。由实验数据关联得到干板压降和湿板压降的经验关联式,与现有的新型垂直筛板相比,FJPT压降较低。通过改变板上矩形升气孔大小进行对比实验,得到的结果表明:矩形升气孔越大则塔板压降越低,但影响不明显;矩形升气孔越小,雾沫夹带和漏液率越小,气相负荷上限越高;开孔大小有一个最合适的值使塔板效率最高。     

Dg16新鞍形填料流体力学和传质特性

对Dg16新鞍形塑料填料的流体力学和传质特性进行了实测和对比研究,并与尺寸相同或相近的拉西环、矩鞍形和弧鞍形等填料的流体力学和传质性能进行了比较,同时与Onda关联式计算值进行了对比．研究结果表明;Dg16新鞍形填料具有优良的流体力学特性和传质特性;该填料层压降、填料因子、液泛气速和气相总传质单元高度的计算结果与实测结果吻合,其中最大偏差为±17％     

导向梯形立体喷射填料复合塔板的流体力学与传质性能

设计了一种具有低压降、大通量和高传质效率特点的立体复合塔板（FTCT）,以空气-水-氧气为实验介质,在直径500mm,板间距450mm的有机玻璃塔中进行冷模实验。对3种开孔形态不同的FTCT塔板进行流体力学和传质效率的测试,测定了不同气液负荷下的板压降、板上液层高度、漏液、雾沫夹带和传质效率,回归得到了FTCT塔板的干板压降经验公式。实验结果表明：板孔动能因子在7~19（m/s）·（kg/m³）^0.5范围内干板压降比开孔率相同的New VST塔板低10%~20%;3种FTCT的漏液、雾沫夹带和塔板传质效率都有相似的规律,但正向梯形开孔TH1型FTCT的流体力学性能和传质效率要明显好于另外两种。     

DN50塑料异型矩鞍填料的流体力学及传质性能

开发出了一种塑料散装填料——异型矩鞍填料．在内径中300mm塔中，以空气-氨-水为物系，对DN50塑料异型矩鞍填料的流体力学及传质性能进行了研究．获得了该填料的几何特性、流体力学性能及传质性能数据、通过对实验数据的回归分析，得出了填料层压降、泛点填料因子和压降填料因子、填料层持液量、气相总传质单元高度和总体积传质系数的关联式．研究结果表明，塑料异型矩鞍填料具有通量大、压降低、气液分布均匀及传质性能优良等优点．该研究结果对工程设计有参考价值、     

规整填料绝热吸收器传热传质特性模拟算法

建立降膜绝热吸收传热传质过程数学模型,通过Nusselt模型对数学模型简化获得液膜流动速度方程,利用有限差分法对数学模型进行离散化处理,采用TDMA算法进行算法设计,程序迭代算法采用二分法.数值计算喷淋溶液温度、初始浓度、流量和吸收压力对传质系数影响,模拟计算规整填料绝热吸收器内溶液温度和浓度分布规律,并利用实验数据验证模型合理性.该数学模型为规整填料绝热吸收器优化设计提供理论基础.     

SCA型高效规整填料的开发及其性能研究

研究开发了一种新型金属丝网波纹填料—直线与弧线交替（SCA）型规整填料,该填料为独特的弧线与直线交替式结构,兼具了直线、弧线型等多种典型填料的优点。在透明的树脂玻璃塔内进行冷态模型实验,通过将700、800、1 000 m²/m³的3种大比表面积的SCA型填料与传统填料进行比较,研究其流体力学性能与传质性能。实验对比结果显示：在相同操作条件下,SCA700型填料的干塔压降仅为传统CY型填料的67.8%,平均降低了32.2%;湿塔压降仅为传统CY型填料的65%,平均降低了35%;液泛气速平均高出20%,等板高度值平均减小了近24%。上述结果表明,SCA型填料兼顾了填料的传质性能与流体力学性能,在减小压降、增大操作弹性与传质效率方面均有显著进步。