基于分形几何理论的隔板塔连续排管式液体调配装置研究

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在化工生产中,精馏技术被广泛应用于多组分混合物质的分离,而隔板塔作为一种新型的精馏设备,由于其能源消耗低、分离效率高、占地面积小等优点,受到专家学者的关注与研究。隔板塔技术是完全热耦合精馏塔技术的延伸发展,但隔板塔的内部结构复杂,自由度较多,导致塔内的气液调配比较困难,因此隔板塔的发展比较缓慢,没有进行规模化量产。作为隔板塔结构设计的重要调节参数,其中液体分配比对产品浓度和能源消耗有着重大的影响,因此隔板塔内的液体调配成为精馏节能技术前沿研究热点之一。本文以分形几何理论为基础,设计了一种可以安装在隔板塔内的连续排管式液体调配装置,并对该装置进行了理论计算、实验研究以及数值模拟。选取了6种不同的进液流量工况:0.1、0.3、0.6、1.0、1.5、2.5m~3/h。根据简化的修正动量方程计算进液流量为0.6 m~3/h时的穿孔压强和穿孔速度;通过实验研究,对该装置在不同进液流率工况下进行Klemas、L.Spiegel分布质量法评估以及液体分布不均匀度M_f分析,同时对A、B两种不同结构的阀片进行了比较研究;利用FLUENT计算流体力学软件,基于有限体积法,选用标准k-ε两方程湍动模型对该装置在不同进液流量工况和不同阀片偏转角度θ下的液体调配性能进行了模拟分析。将上述研究结果进行分析,表明:该液体调配装置能够有效的对液体进行分配与均匀分布,穿孔压强与穿孔速度较稳定,具有很好的Klemas、L.Spiegel分布质量,其液体分布不均匀度M_f较小,同时B型阀片调节效果优于A型阀片;实验值与模拟值符合良好,说明了模拟的可靠性,随着阀片偏转角度θ的逐渐增大,液体调配装置y=0横截面的压力与流速发生变化,在0~50°变化时,液体分配比e变化比较明显,液体的穿孔压强和穿孔速度变化也逐渐变大;在50°~90°范围时,液体分配比的变化趋势变缓,该装置对液体的调节灵敏度略有下降。通过对该装置液体调配性能的研究分析,所设计的用于隔板塔内的液体调配装置满足设计要求。
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