旋转带蒸馏塔的流体力学性能测试

论文摘要

旋转带蒸馏技术是基于蒸馏技术和真空技术在上个世纪中期发展起来的,最初用于分析,近几年才发展成可以商业化分离的一种新型分离技术。这种技术具有等板高度值低、持液量小、压降小、分离效率高等优点,它能在高真空和高理论塔板数的条件下对液体状态下沸点很近或具有热敏性的混合物进行分离。蒸馏时旋转带在中空的塔中高速旋转,通过带片对塔壁面上液膜不断的刮擦作用使气液两相不断紧密接触,增加表面更新速度,可以达到极佳的分离效果。然而,目前人们对旋转带蒸馏的流体力学性能研究很少,率先对旋转带蒸馏装置进行基础理论研究,将会对了解这项先进的分离技术起到积极作用。通过实验考察了旋转带蒸馏塔内由于液相的存在引起的压降随着旋转带转速、液相速度和气相速度的变化情况,并对塔内不同流动状态进行了分析研究,并分析所得数据得到恒持液量区、载液区压降的计算式。用计算流体力学软件Fluent模拟塔内压降值,比较模拟值与实验值,可以看出模拟值与实验值吻合良好。通过实验研究塔内动持液量随气相速度、液相速度、旋转带转速等因素的变化;得出了气相载点速度与旋转带转速和液速的关系:随着旋转带转速的增大,在特定的液速下,气相的载点速度会变小,在转速较低时,这种趋势更明显;得出了塔内恒持液量区、载液区动持液量计算式,并将模拟值与实验值进行了比较,两者吻合良好。采用Fluent软件对塔内液体的停留时间分布进行模拟。对于现有设备,旋转带适宜的转速为1000-2500rpm,在此范围内增加旋转带的转速,液相的平均停留时间增大,塔壁面同一横截面不同位置处液相停留时间分布均匀。平均停留时间随旋转带转速增大的趋势会变小;随液相进料速度的增大,液体的平均停留时间变小;液速越小,停留时间分布曲线分布越宽,峰值越低;气相速度的改变对液体停留时间的影响相对于液相进料速度而言,影响很小,其它条件不变的条件下,改变气相进料速度,平均停留时间会在1±7%范围内波动。并通过实验选取几种工况,验证了Fluent模拟的正确性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 旋转带蒸馏技术的应用现状
• 1.1.1 旋转带蒸馏的特点
• 1.1.2 专利中的旋转带蒸馏装置
• 1.2 旋转带蒸馏技术的研究进展
• 1.3 课题分析及其意义
• 第二章 旋转带蒸馏塔内压降的研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验仪器与原料
• 2.1.3 实验操作过程
• 2.2 实验结果与模型的建立
• 2.2.1 恒持液量区的压降
• 2.2.2 载液区的压降
• 2.3 Fluent 模拟
• 2.3.1 物理模型
• 2.3.2 模型方程
• 2.3.3 连续性方程
• 2.3.4 动量守恒方程
• 2.3.5 Realizablek? ε湍流方程
• 2.3.6 初始条件
• 2.3.7 操作条件
• 2.3.8 进口边界条件
• 2.3.9 出口边界条件
• 2.3.10 壁面边界条件
• 2.4 模拟结果与实验结果对比
• 2.4.1 气相速度对压降△PL的影响
• 2.4.2 旋转带转速对压降△PL的影响
• 2.4.3 液相速度对压降△PL的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 旋转带蒸馏塔内动持液量的研究
• 3.1 实验部分
• 3.2 实验结果分析
• 3.2.1 操作条件对塔内动持液量的影响
• 3.2.2 气相载点速度随液速和旋转带转速的变化
• 3.2.3 不同流动状态下塔内动持液量的计算式
• 3.3 Fluent 模拟
• 3.3.1 物理模型
• 3.3.2 模型选择
• 3.3.3 条件设置
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 气相速度对持液量的影响
• 3.4.2 液相速度对持液量的影响
• 3.4.3 旋转带转速对持液量的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 停留时间分布研究
• 4.1 停留时间分布理论基础
• 4.1.1 停留时间分布函数及平均停留时间
• 4.1.2 停留时间分布测定方法的确定
• 4.2 模型选择
• 4.3 条件设置
• 4.4 模拟结果与讨论
• 4.4.1 旋转带转速对停留时间分布的影响
• 4.4.2 液相粘度对停留时间分布的影响
• 4.4.3 液相进料速度对停留时间分布的影响
• 4.4.4 气相进料速度对停留时间的影响
• 4.5 实验验证
• 4.5.1 实验设备、仪器与原料
• 4.5.2 实验流程
• 4.6 实验结果与讨论
• 4.6.1 不同操作条件下塔内液体停留时间分布的研究
• 4.6.2 模拟值与实验值的比较
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• L'>1. 旋转带蒸馏塔内由于液相的存在引起的压降 △ P_L
• 2. 旋转带蒸馏塔内动持液量的研究
• 3.塔内不同操作条件下液体停留时间分布的研究
• 符号说明
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢