分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床氣相CFD模擬及傳質(zhì)研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)填充床式作為超重力技術(shù)的核心裝備，可以實(shí)現(xiàn)分子混合與傳質(zhì)過程的強(qiáng)化，在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。作為一種新型旋轉(zhuǎn)填充床，分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床(Multi-liquid-inlet Rotating Packed Bed，簡稱MLI-RPB)由三段同心環(huán)形填料構(gòu)成，從而制造出多個(gè)端效應(yīng)區(qū)得以強(qiáng)化氣液傳質(zhì)。前人研究發(fā)現(xiàn)分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床對液膜控制體系的傳質(zhì)效果有所提升，但對氣膜控制體系的傳質(zhì)影響尚未有人研究。
　　本課題中，傳

2、質(zhì)實(shí)驗(yàn)采用SO2-NaOH體系作為氣膜控制體系，考察了不同操作條件對分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床的氣相傳質(zhì)性能的影響;采用計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）對MLI-RPB內(nèi)部的氣相流動(dòng)和內(nèi)構(gòu)件對氣相湍動(dòng)的影響進(jìn)行模擬計(jì)算與分析，最終通過傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)對內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了驗(yàn)證。為分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了方法和依據(jù)。主要研究成果如下:
　　(1)以SO2-NaOH為實(shí)驗(yàn)體系，分別研

3、究了在不同轉(zhuǎn)速、氣量、液量以及不同進(jìn)液方式時(shí)，分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床氣相傳質(zhì)性能的變化規(guī)律。氣相體積傳質(zhì)系數(shù)均隨著轉(zhuǎn)速、氣量、液量的增大而增大，且當(dāng)進(jìn)液總量一定時(shí)，氣相體積傳質(zhì)系數(shù)隨著進(jìn)液段數(shù)的增多而增大。在相同操作條件下，對比分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床與轉(zhuǎn)子體積相同的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)填充床的傳質(zhì)性能。結(jié)果表明，分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床相比于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)填充床，氣相體積傳質(zhì)系數(shù)提高20％左右。
　　(2)以CFD模擬為工具，建立了針對分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床

4、氣相流場模擬的方法。構(gòu)建了頗為真實(shí)的分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床三維物理模型，采用多孔介質(zhì)模型描述填料區(qū)。對比研究發(fā)現(xiàn)，Realizable k-ε湍流方程比standard k-ε湍流方程更適用于MLI-RPB內(nèi)部氣相流場模擬。壓降模擬值與實(shí)驗(yàn)值誤差在±15％以內(nèi)，驗(yàn)證了模型的正確性與模擬方法的可靠性。
　　(3)模擬分析了不同內(nèi)構(gòu)件對分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床氣相流動(dòng)的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)五種結(jié)構(gòu)內(nèi)構(gòu)件對分段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)填充床的影響主要集中在環(huán)形填