篩板萃取塔內流型優(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、結構簡單、造價低廉而被廣泛應用于化工生產過程中。塔內液液兩相的流動結構對傳質效率有著重要影響，同時連續(xù)相的流動結構又與塔內件結構密切相關。本課題研究目的在于通過改進篩板萃取塔內件結構來優(yōu)化塔內連續(xù)相的流動結構，進而提高塔的傳質效率。
　　本文利用CFD模擬和PIV實驗的方法研究了篩板萃取塔內連續(xù)相流型隨著塔內件結構的改進而不斷得到優(yōu)化的過程。首先模擬了傳統(tǒng)篩板萃取塔內連續(xù)相的流動結構，結果發(fā)現(xiàn)塔內每兩層塔

2、板間都存在面積很大的回流區(qū)，浪費塔內空間，增大了兩相傳質阻力，最終會降低塔的傳質效率。于是本文以最小化回流區(qū)面積為優(yōu)化目標，通過改進塔內件結構對篩板萃取塔內連續(xù)相流型進行優(yōu)化。內件結構的改進措施包括：降液管開槽、降液管傾斜安裝、塔板出口處安裝導流擋板、調整降液管和導流擋板上的開槽數(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件結構的篩板萃取塔內流場進行了CFD模擬，并且對其中三種結構的塔內流場進行了PIV測速實

3、驗。文章最后還對不同內件結構的塔內流場進行了三維CFD模擬。
　　模擬和實驗結果較一致表明，隨著塔內件結構的改進，塔內流動結構不斷得到優(yōu)化，回流區(qū)面積逐漸減小，塔板間流速分布變得均勻，整個塔內流型趨于平滑流暢。塔內速度場得到不斷優(yōu)化的同時，濃度場分布也越來越理想，傳質效率不斷提高。最終得到的最優(yōu)結構塔5C內，除了塔板邊角處存在小塊的滯留區(qū)外，絕大部分區(qū)域內已經(jīng)沒有回流區(qū)，塔內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