旋轉(zhuǎn)帶蒸餾塔流場的CFD模擬.pdf

1、旋轉(zhuǎn)帶蒸餾是一種能在高真空和高理論塔板數(shù)的條件下分離液體狀態(tài)下沸點(diǎn)很近或具有熱敏性的混合物的技術(shù)。高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)帶對塔內(nèi)上升的蒸汽和下降的冷凝液不斷作用，使兩相之間緊密接觸，從而獲得極佳的分餾效果。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用研究可以追溯到上世紀(jì)中期。伴隨著高真空技術(shù)的進(jìn)步，人們對旋轉(zhuǎn)帶蒸餾技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。然而，目前人們對旋轉(zhuǎn)帶蒸餾的理論研究很少，還沒有見過文獻(xiàn)報(bào)道。利用計(jì)算機(jī)對旋轉(zhuǎn)帶蒸餾過程進(jìn)行流體力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬，是一種較新的理論研究

2、方法。 課題主要利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT6.2對旋轉(zhuǎn)帶蒸餾塔的流體力學(xué)性能進(jìn)行模擬，并通過對旋轉(zhuǎn)帶蒸餾模擬裝置的停留時間分布實(shí)驗(yàn)研究，從實(shí)驗(yàn)方面，對流體力學(xué)模擬結(jié)果進(jìn)行評判。課題對旋轉(zhuǎn)帶蒸餾中氣液兩相流體的研究，主要集中在塔橫截面上流體的分布、壁面上液膜流動狀態(tài)和氣液兩相速度場分布。 課題基于三個主要假設(shè)，將計(jì)算流域三維模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，在恒溫恒壓條件下，對旋轉(zhuǎn)帶蒸餾中流場進(jìn)行了純流體力學(xué)模擬。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行

3、模擬計(jì)算，選用了Realizableκ-ε湍流模型，利用VOF多相流模型考察壁面上液膜的流動狀態(tài)，采用增強(qiáng)壁面函數(shù)法加強(qiáng)對近壁面流動的處理。分別改變旋轉(zhuǎn)帶轉(zhuǎn)速、進(jìn)料速度和氣相流速，模擬得出壁面上液膜的流動狀態(tài)。 模擬結(jié)果表明，提高旋轉(zhuǎn)帶轉(zhuǎn)速和增加進(jìn)料速度，可以增加壁面上液膜的連續(xù)性和均勻性，從而使氣液兩相的接觸面積增大。在旋轉(zhuǎn)帶轉(zhuǎn)動的情況下，氣相流速對壁面上液膜流動狀態(tài)的影響不大。 對旋轉(zhuǎn)帶蒸餾液相單相流濃度場進(jìn)行了CF

4、D模擬，考察了旋轉(zhuǎn)帶轉(zhuǎn)速、進(jìn)料速度兩方面對平均停留時間的影響。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢一致，驗(yàn)證了模擬結(jié)果的有效性。 利用歐拉模型考察不同轉(zhuǎn)速下的氣液兩相的速度場情況。模擬結(jié)果表明，在旋轉(zhuǎn)帶高轉(zhuǎn)速下(轉(zhuǎn)速>1000rpm)，氣液兩相之間出現(xiàn)了界面分離現(xiàn)象。而且隨著轉(zhuǎn)速的增加，氣液分離的界面還在擴(kuò)大。通過對旋轉(zhuǎn)帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)：在旋轉(zhuǎn)帶上開孔，以改善氣液界面分離的現(xiàn)象。比較了開孔位置和孔徑大小對改善氣液界面分離的影響。模擬結(jié)果對優(yōu)