篩板萃取塔內(nèi)流型優(yōu)化的CFD模擬和PIV實驗研究.pdf

1、篩板萃取塔由于其處理量大、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉而被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)過程中。塔內(nèi)液液兩相的流動結(jié)構(gòu)對傳質(zhì)效率有著重要影響，同時連續(xù)相的流動結(jié)構(gòu)又與塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。本課題研究目的在于通過改進篩板萃取塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)來優(yōu)化塔內(nèi)連續(xù)相的流動結(jié)構(gòu)，進而提高塔的傳質(zhì)效率。
　　本文利用CFD模擬和PIV實驗的方法研究了篩板萃取塔內(nèi)連續(xù)相流型隨著塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)的改進而不斷得到優(yōu)化的過程。首先模擬了傳統(tǒng)篩板萃取塔內(nèi)連續(xù)相的流動結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)每兩層塔

2、板間都存在面積很大的回流區(qū)，浪費塔內(nèi)空間，增大了兩相傳質(zhì)阻力，最終會降低塔的傳質(zhì)效率。于是本文以最小化回流區(qū)面積為優(yōu)化目標，通過改進塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)對篩板萃取塔內(nèi)連續(xù)相流型進行優(yōu)化。內(nèi)件結(jié)構(gòu)的改進措施包括：降液管開槽、降液管傾斜安裝、塔板出口處安裝導(dǎo)流擋板、調(diào)整降液管和導(dǎo)流擋板上的開槽數(shù)目和尺寸以及在降液管若干開槽處安裝橫向小擋板等。本文對五代十一個不同內(nèi)件結(jié)構(gòu)的篩板萃取塔內(nèi)流場進行了CFD模擬，并且對其中三種結(jié)構(gòu)的塔內(nèi)流場進行了PIV測速實

3、驗。文章最后還對不同內(nèi)件結(jié)構(gòu)的塔內(nèi)流場進行了三維CFD模擬。
　　模擬和實驗結(jié)果較一致表明，隨著塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)的改進，塔內(nèi)流動結(jié)構(gòu)不斷得到優(yōu)化，回流區(qū)面積逐漸減小，塔板間流速分布變得均勻，整個塔內(nèi)流型趨于平滑流暢。塔內(nèi)速度場得到不斷優(yōu)化的同時，濃度場分布也越來越理想，傳質(zhì)效率不斷提高。最終得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)塔5C內(nèi)，除了塔板邊角處存在小塊的滯留區(qū)外，絕大部分區(qū)域內(nèi)已經(jīng)沒有回流區(qū)，塔內(nèi)流型很接近于理想的柱塞流模型，這將使得相際接觸表面得到充