新型规整填料的实验和CFD模拟研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文新型规整填料的实验和CFD模拟研究论文作者：王志伟学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：化工过程机械指导教师：史晓平职称：副教授魏峰讲师DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalProcessEquipmentSTUDYONEXPERIMENTANDCFDSIMULATIONOFTHENEWSTRUCTUREDPACKINGSbyWangZhiwe

2、iSupervisor:Prof.ShiXiaopingTeacher:WeiFengJune2016III摘要本文对具有高比表面积、高孔隙率、耐酸碱腐蚀、耐高温等特性的碳化硅规整填料进行了表面改性处理，改善了材料的表面润湿性，并进行了流体力学实验及传质实验。结果表明：碳化硅规整填料的压降、持液量和泛点气速等流体力学性能参数具有和传统规整填料相似的变化规律，在相同条件下，多孔碳化硅规整填料具有更低的压降，更低的持液量，更高的操作弹性。实验条件下该填料的理论板数可以达到5块以上，说明碳化硅规整填料是一种新型高效规整

3、填料，适合操作弹性较大的场合。为了研究碳化硅规整填料内部流体流动，本文采用多孔介质模型和十四面体-参数拟合模型，对该填料进行了二维和三维的CFD模拟研究。模拟得到的填料干塔压降与实验值相比误差在15%以内，说明模拟采用的多孔介质模型与十四面体参数拟合模型是可靠的。二维和三维模拟结果都表明：气速、液速、通道孔径及填料骨架直径是影响碳化硅规整填料内流动和传质的主要因素。实验条件下，气速在0.01~0.05m/s，液速在0.001~0.05m/s，通道孔径大于2.5mm，填料骨架直径在0.75~1.25mm时，气液两相

4、在填料表面分布较好，填料塔的压降较小，有利于气液两相间的传热传质。模拟研究结果可以为今后碳化硅规整填料的工业化设计提供理论指导。关键词：碳化硅，CFD，精馏，规整填料，流体力学性能，传质性能，表面改性IIIABSTRACTSinceporousSiCmaterialhassomanyexcellentperformances,suchashighspecificsurfacearea,highporosity,corrosionresisting,thermostability,etal.Inthispaper,

5、thesurfaceoftheSiCstructuredpackingwasmodifiedbysodiumsilicatesolution,thewettabilityonthesurfaceoftheSiCstructuredpackingwasimproved.TheexperimentswereconductedtodeterminethehydrodynamicsandmasstransferefficiencyoftheSiCstructuredpacking.Resultsshowthatthepr

6、essuredrop,liquidholdupandthegasvelocityoffloodingpointandotherparametersoftheSiCstructuredpackingaresimilartothatoftheconventionalstructuredpacking,andunderthesameconditions,theporousSiCstructuredpackinghaslowerpressuredrop,lowerliquidholdupandhigheroperatin

7、gflexibility.Thenumberoftheoreticalplatesmayreachmorethan5atexperimentalcondition,thustheSiCstructuredpackingisanewhighefficiencystructuredpacking.Moreover,InordertostudythefluidflowoftheSiCstructuredpacking,appropriatemodelsforporousmediaandthedodecahedron-p

8、arameterfittingmodelwereestablishedforthe2Dand3Dsimulation.Thesimulationvaluesandtheexperimentalvalueofthedrypackingpressuredropcomparedwiththeerroroflessthan15%insinglephaseflowoftheSiCs