射流真空系统在化工精馏工艺中的节能改造项目案例

气泡管内弹状流传递特性与晶层生长的研究

熔融结晶技术以其无需使用中间溶剂,操作条件温和,较精馏节能及可获得高纯度的产品等优点,近年来在有机物系分离与纯化领域引起了重视.Rütgers气泡塔结晶技术是层式熔融结晶的一种.它是通过向结晶管内熔体中引入气体,形成弹状流动,以增强熔体与晶层之间的热,质传递过程,实现物系高效分离和纯化的一种结晶方法. 针对气泡塔结晶器内的传递过程,本文用电化学方法,对零净液流量(ZNLF)条件下垂直管内弹状流壁面传递进行了实验研究,结果说明:当基于表观气速的Froude数Fr_G<0.74时,液体对壁面剪应力方向随弹状气泡和液塞的到来呈现向下和向上的交替变化特征,壁面传质系数和剪应力值随液膜下落而增大,随液塞到来而逐渐减小;当Fr_G>0.93时,壁面剪应力方向一直向下,液膜射流穿透了整个液塞段,控制了壁面传递过程.二者的转换发生在Fr_G=0.74～0.93之间,前者适于结晶操作.根据液膜和液塞段液体流动与传递特征的差异,将弹单元区分为层流液膜区,湍流液膜区,尾迹区及液塞发展段等四区,由实验数据得到了描述壁面传质的四区关联模型,并由热质类比得到了描述熔体—晶层界面对流传热膜系数的计算式. 在此基础上,对气泡管内晶层生长中的热质传递进行了分析,得到了描述单组分和双组分熔体晶层生长的数学模型及其近似解,并与己内酰胺—环己酮熔体物系的结晶实验进行了对比,吻合良好.随后,通过实验和理论分析,考察了晶层生长特征,晶层杂质包藏的分布与迁移及影响晶层纯度的弹状流操作条件.结果说明,在晶层生长的初期,弹单元内液膜区,尾迹区和液塞发展段的生长速率均较大;随着生长时间的增大,液膜区生长速率下降;在生长后期,弹单元内出现液膜区和液塞段"结晶—熔化"的交替生长,对晶层纯度的提高是有利的.同时,晶层杂质分布不均匀,是生长过程母液杂质被包裹进入晶层和母液包藏在温度梯度作用下迁移而离开晶层两个过程的综合结果.另外,弹状流参数对晶层纯度的影响,与液膜下落—液塞上升对晶层界面的交替冲刷及 大连理工大学博士学位论文 弹单元内结晶一融化发汗等两个过程密切相关,其合理配合可获得理想的分离 效果. 基于对气泡管内弹状流传递特征的分析,文中提出了一种新型的气泡塔结 晶器一外环流气泡塔结晶器,并用电化学方法,对带有阻力段外环流气泡管内 的流体动力学特征与壁面传递特征进行了实验研究,结果说明:外环流气泡管 弹单元内,壁面剪应力出现向上或向下的变化,但变化点不是规则地取决于弹 状气泡或液塞的到来和离开;由于循环流速的波动,使传递特征较ZNLF条件 下复杂.文中通过分析其弹状流动机理,基于系统压降与动量平衡关系,建立 了描述该系统流动的流体动力学模型,与实验结果吻合良好. 最后,对外环流气泡管内的晶层生长与晶层纯度问题进行了实验研究和理 论分析,并与ZNLF条件下气泡结晶管进行了对比;同时,建立了外环流结晶 管内晶层生长的非稳态模型,与实验结果基本符合.结晶实验说明,外环流条 件下一个弹单元内,液膜下落和液塞上升的交替变化使界面区杂质向熔体主体 的运移及结晶一发汗作用较ZNLF条件下的结晶管增强,晶层纯度得到了提高. 本文考察的气泡管内弹状流近似发展,与工业结晶管内的情况较接近.基 于外环流操作思想可开发适于工业应用的外环流气泡塔结晶器,可望较Rwgers 气泡塔结晶器进一步提高目标晶层的纯度和分离效果.

基于CFD的循环流化床锅炉二次风入口结构的改进设计

由于循环流化床锅炉中二次风穿透深度不够而存在着炉膛中心供氧不足和流动不均匀的现象,这种气固流动的不均匀性不仅加重了水冷壁壁面磨损的问题,更使得燃烧效率大大降低,成为了制约循环流化床锅炉大型化发展的瓶颈.因此针对传统循环流化床锅炉二次风射流问题,本文对某150 MW循环流化床锅炉的二次风入口结构进行了改进设计,并采用欧拉双流体模型对改进前后炉内流场进行了数值模拟和对比分析.结果表明,入口改进后炉膛内部气固流场更加均匀,新的入口结构改善了中心区域"欠氧区"的存在,不仅提高了燃烧效率并可以减轻壁面的磨损程度,同时该结构下二次风以较小的动量即可达到穿透深度的要求,降低了风机的能耗,从而达到了节能的效果.

300kt/a PVC树脂精馏装置工艺技术改进

本文针对300k/aPVC精馏装置试生产运行问题,分析了因含水高导致VCM精馏系统自聚,频繁堵塞管道,塔等,改进了单体脱水生产工艺,降低了增压机故障率,优化了精馏泵前后氮气置换及氯乙烯回收工艺;利用高压水射流机清理精馏塔板,塔槽,縮短了清理时间,提高了检修效率;通过改进氯乙烯精馏工艺技术,降低了氯乙烯单体含水率,减少了精馏自聚物的产生,保证了系统稳定运行,解决了精馏置换时外排氯乙烯的问题,排除了人员伤害和环境污染的隐患.

超声波泡罩塔精馏装置及方法

本发明属于石油化工领域精馏精馏技术领域,具体涉及一种超声波泡罩塔精馏装置及方法.包括泡罩塔,泡罩塔内包括多个塔盘和泡罩,还包括超声波发生器,在泡罩塔外壁上对应其中一个塔盘的位置设置一个分布器,分布器通过超声波换能器与超声波发生器相连;超声波换能器与分布器的夹角为45°135°.采用合适的角度将超声波有效且均匀的传递到塔盘上,利用超声波的微射流作用,大幅增加气液界面,强化气液相物料在塔盘上的传热和传质,达到提高塔板效率的作用,本发明还提供一种采用该装置的方法.

液-液分散体系中液滴的动力学行为研究

互不相溶的流体之间的分散广泛应用于能源,环保,生物,造纸,食品,医药,化妆品等领域.在吸收,精馏,浮选,萃取等生产操作中,液-液两相之间的接触是通过将分散相以液滴的形式分散进入连续相中,并基于液滴的动力学行为对所需要的反应设备进行优化设计.以往关于液-液分散体系的研究,关注点总是液滴群在反应器内的宏观动力学行为,在稀疏态下的液滴与连续相流体间的相互作用机理研究尚不彻底.充分探索单液滴动力学行为,并基于此扩大液滴研究个数和体系复杂程度,得到介观尺度上的液滴动力学行为规律十分重要.因此,本文利用高速摄像技术和粒子图像测速技术(PIV)对不同黏度和界面张力的牛顿流体中单个液滴,连接型液滴,相互作用的双液滴的动力学进行了研究,以及通过两相分离方法对射流场中单液滴的破碎行为进行研究,旨在获得具有较为普遍适用性的单液滴动力学行为规律,以及液滴间相互作用发生聚并和破碎的临界条件,为进一步数值模拟和模型建立提供参考,为研究复杂的液-液反应体系提供基础数据和模型.在单液滴在牛顿流体中的形变及动力学行为研究中,系统分析了粒径范围为1.9-11.1mm的单液滴在不同连续相流体中的运动情况,考察了连续相黏度,界面张力等因素对单液滴形状,终速度,曳力系数和运动轨迹的影响.结果表明,在高黏度连续相中液滴微小的形变将对其终速度产生影响,对比文献报导Grace(1976)的速度经验关联式可用于预测De5.4 mm液滴的上升速度;Rodi and Fueyo(2002)的关联式适用于Re80范围内,液滴曳力系数的计算,在中等雷诺数下,当Re=360时,液滴受到的曳力系数会发生突变.通过分析液滴的运动轨迹,得到了液滴的最大振荡频率和当量直径的关系.在此基础上,进一步分析了液滴形变比的特征频谱,发现液滴形变比的最大振荡频率与液滴的横向特征振荡频率相同.通过二维PIV研究,得到了液滴周围的瞬时流场图,结果表明液滴的尾流具有非对称性和不稳定性,尾流特性可能对液滴的振荡产生影响.在连续相黏度范围为0.132～1.11 Pa·s,莫顿数范围为0.009679～51.40的六种体系中对由浮力驱动的共直线上升双液滴之间的相互作用进行了研究,其主要行为包括聚并,滑移分开,滑移连接和非滑移连接.通过液滴Bo-λ之间的关系,得到了产生四种作用结果的临界条件.其中,滑移连接产生的连接型液滴是液滴相互作用过程中的一种亚稳定状态,连接型液滴与其当量直径近似的单液滴具有相似的上升速度.集合经典的Rodriguez(2001)的曳力系数计算公式以及实验测得的单液滴和连接型液滴上升速度,迭代得出两种类型液滴上升速度的计算模型.运用傅里叶变换分析了不同体系中近似当量直径的单液滴和连接型液滴的横向振荡.其结果表明近似当量直径的单液滴和连接型液滴的振荡趋势相同,随着连续相黏度的降低,液滴的振荡频率增大.通过二维PIV对单液滴和连接型液滴尾流瞬时流场的测量可以看出:当量直径相近似的单液滴和连接型液滴具有相似的尾流长度,但尾流形态有差异.连接型液滴由于下端小液滴的存在使得其尾流的速度场大于单液滴.在纯甘油中研究了共直线上升的双液滴间的相互作用,重点探索了较大跟随液滴(12.7 mm≤DL≤15.8 mm)追赶上方小液滴(9.51 mm≤DL≤12.6mm)的相互作用阶段.提出了几何法及能量法判别液滴相互作用阶段的起始时间.在液滴相互作用过程中运用三角锥尾流模型计算得到液滴相互作用时的曳力系数解析式.结果显示,上液滴的曳力系数变化趋势与自由上升的单液滴趋势一致,但其曳力系数小于等当量直径的自由上升的单液滴,而跟随液滴的曳力系数并不呈单调的变化趋势.通过傅里叶变换,得到了相互作用阶段两液滴的横向振荡特征频率以及两液滴粒径比与共同·振荡频率的经验关联式.在单液滴在射流场中的破碎实验研究中,通过高速相机拍摄记录液滴的初始形状,上升速度及进入射流场后的形变破碎等情况,结合PIV粒子图像测速技术研究了射流场的流场情况对单个液滴的破碎行为的影响.研究结果表明:液滴在射流场中破碎前主要会经历三个尺度的形变,液滴的首次破碎位置与流场作用有关,其破碎后生成的子液滴数量与射流速度,入射位置和母液滴粒径有关.随着射流量的增大,最大子液滴数量增多,同时子液滴数量分布也变广.

基于气体射流调控气液相分散的新型塔板构建的探索

板式塔气液相分散均匀性调控一直是工程领域中的关键问题。相分散过程中液滴和气泡的聚并以及板上压力的调控使得气液不均匀分布。传统的气体上行式塔板操作模式虽可通过额外提高气体动能的方式来实现防止泄漏、产生更大传质相界面和提高生产能力的目的,但由于塔内气液相分散过程中极大的自由度,气液分布依旧严重不均匀。要彻底改善这类操作过程的分布性能,就必须分割气液相互作用的影响,通过实现气体的分布均匀,强制调控液体分布的均匀性。以此为出发点,本实验室创新构思了一类板式塔气液传质模式—气体下行式射流与板上液体进行高效率传质的新型模式。本文以传统板式塔构型改造为目标,开展了下行式气液射流相分散传质模式的试验,及结合CFD模拟研究进行相关的开发探索工作。首先从静态单孔气相垂直射流的研究出发通过实验考察单孔射流的主要特征及相关影响因素；同时以CFD数值模拟作为辅助,拓展气液相物性范围,研究其对射流深度的影响。将实验与模拟结合建立单孔气相射流深度的解析模型,用于衡量气液传质效率及效果。结合实验室前期在精馏塔放大效应及射流构型塔板上的研究基础,将气相射流的构型引入到精馏塔气液相传质模型中,构建新型气相射流构型的精馏塔塔板。同时以多孔气相射流CFD数值模拟作为指导优化新型塔板及板上射流元件的相关结构参数,以得到诸多对塔操作有益的效果。将气相射流构型的新型塔板在直径为280mm的小塔上进行试验,观察小试试验中的气液接触状态,并测定相关的塔操作的水力学性能,分析射流构型塔板的压降特性,并建立了液面上射流的压降模型；对板上清液层高度进行分析,探究了气速对本文构建的塔板形式板上清液层高度的影响；同时对塔板雾沫夹带及泄漏情况进行了说明。明确了在固定结构(总喷距和堰高)和固定液量下,只有一个气速点能够达到最优的气液接触传质效果,并对如何确定对应结构和工况下的最佳操作条件方法进行了说明。本文中构建的新型气相射流构型的精馏塔塔板被证明是可靠且有效的塔板结构,有望推广至工业规模。

尿素装置循环加热器污垢化学清洗

介绍尿素装置精馏塔循环加热器的化学清洗过程.通过溶垢试验和现场清洗施工,验证了污垢的成因是物料对设备的腐蚀造成的,采用常规化学清洗工艺无法清除,并与高压水射流清洗进行了对比.实际清洗后效果表明,采用Lan-257C尿素设备专用清洗剂及其配套工艺,清洗过程安全,可控,除垢彻底.