新型高效均流填料塔的应用机理研究
针对目前填料塔普遍存在的“壁流效应”和“放大效应”问题，研制了一套新型高效均流填料塔单元格及其组合形式，对普通填料塔进行改进，以此减弱填料塔过多的壁流量及消除由于“流体整体不均匀分布”而引起的“放大效应”。并通过实验与数值模拟相结合的方法对均流填料塔和普通填料塔进行对比研究。
实验采用空气—水—CO2冷模实验填料塔系统分别对均流填料塔和普通填料塔的压降、壁流量与传质效率进行了实验研究。结果表明，在相同的实验工况下，均流填料塔的每米干填料压降比普通填料塔平均降低了约14.43％；在4个液体喷淋密度下，均流填料塔的压降略低于普通填料塔，平均降低了约5.71％、2.48％、3.47％、5.55％；壁流量平均减少了约4.99％、5.64％、23.69％、7.96％；液相传质单元高度平均降低了约31.52％、27.88％、23.76％、19.12％。实验结果说明，均流填料塔在压降不增大的情况下，壁流量和传质效率较普通填料塔均有了明显的改善。
通过引入多孔介质理论，表征体元的概念，采用整体体积平均方法建立了填料塔的气、液单相流与气液两相流的计算流体力学数学模型，并利用计算流体力学软件FLUENT6.2求解上述所建立的模型方程。模拟过程中，建立了均流填料塔和普通填料塔的三维CFD模型，利用FLUENT6.2中的多孔介质模型、欧拉多相流模型等分别对气相单相流和气液两相流进行了数值模拟。在相同的模拟条件下，得到了压力场、壁流量和速度场的模拟结果。模拟结果说明，均流填料塔壁流量比普通填料塔平均减少了约31％；根据对同一塔高横截面上速度分布云图的分析，均流填料塔的速度分布比普通填料塔更加均匀。模拟结果与实验结果吻合较好，均流填料塔的干填料压降模拟值与实验值的平均偏差约为15.5％；湿填料压降平均偏差约为10.3％。
研究结果表明，均流填料塔可以有效地减弱填料塔的“壁流效应”，消除“放大效应”，提高填料塔的传质效率，为工业应用和放大提供有力的参考依据。
均流填料塔;气液两相流;计算流体力学;速度场;数值模拟
西安石油大学
硕士
化工过程机械
周三平
2010
中文
TE962;TQ053.5
64
2010-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）