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塔器分离是石油炼制和石油化工等工业生产过程中的关键技术,塔板做为塔器分离的核心元件,如何改善其表面液体流动分布和气液接触状态、提高分离效率、降低能耗一直是研发人员所追求的目标。近些年计算流体力学技术的迅速发展,由于具有直观准确、节约快捷等突出优势,在化工领域的应用愈加广泛。
本文尝试采用Fluent流体力学软件分别从二维和三维空间体系来模拟塔板表面单相液体流动情况,以期分析发现塔板结构存在的缺陷,为塔板优化设计和开发高性能塔板提供方向。具体是通过改变塔径、堰径比、降液管出口流速等主要结构参数,模拟分析了在不同条件下塔板表面液体流动分布状况;并在此基础上模拟分析了不同浮阀结构、不同数量类型的导流板装置以及采用弧形降液管后塔板上流场的变化情况。通过对模拟结果的分析以及与实验结果的比较,得出以下结论:
1、塔板自身结构参数对其表面液体流动情况的影响通过建立二维模拟体系对不同塔径、堰径比、液流速度条件下塔板表面液体的流动情况进行了分别模拟,发现在塔板其他参数不变的情况下,塔径增大、堰径比减小,降液管出口流速增加都易加剧塔板液体停留时间分布不均,从而塔板表面液体的回流区域面积增加。
2、增加导流装置对塔板表面液体流动情况的影响选取一层塔板及降液管做为模拟对象,建立三维空间体系对增加不等高入口和出口堰、不同类型浮阀、弧形导流板装置后塔板表面液体单相流动进行模拟研究,模拟结果表明:①不等高入口堰可以较为有效地改善塔板表面液体的流动情况,而出口堰的形状、高度对于改善塔板回流结构影响较小;②增加不同类型浮阀后,塔板表面液体的流型有较大改善,塔板两侧大区域回流消失,取而代之的是多个分散的、均匀的小区域涡流;③弧形导流板的设置有助于破除塔板两侧大回流区,从而改善塔板表面液相流动;导流板的数量、弧形以及排布方式都直接影响破除效果。
3、使用弧形降液管后塔板表面液体流动情况的改变对采用弧形降液管后塔板表面液体的流动情况进行了模拟,并与采用弓形降液管的塔板的模拟结果进行了对比,发现在不添加任何导流装置的情况下,采用弓向降液管的塔板表面的液体流动情况要明显好于采用弧形降液管的塔板;在增加导流装置后,两种塔板表面的液体流动都可以达到比较满意的改善。