分段進液式旋轉填充床氣相CFD模擬及傳質研究.pdf

1、旋轉填充床式作為超重力技術的核心裝備，可以實現分子混合與傳質過程的強化，在工業(yè)領域已經得到了廣泛應用。作為一種新型旋轉填充床，分段進液式旋轉填充床(Multi-liquid-inlet Rotating Packed Bed，簡稱MLI-RPB)由三段同心環(huán)形填料構成，從而制造出多個端效應區(qū)得以強化氣液傳質。前人研究發(fā)現分段進液式旋轉填充床對液膜控制體系的傳質效果有所提升，但對氣膜控制體系的傳質影響尚未有人研究。
　　本課題中，傳

2、質實驗采用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液式旋轉填充床的氣相傳質性能的影響;采用計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）對MLI-RPB內部的氣相流動和內構件對氣相湍動的影響進行模擬計算與分析，最終通過傳質實驗對內構件的設計優(yōu)化進行了驗證。為分段進液式旋轉填充床的結構優(yōu)化提供了方法和依據。主要研究成果如下:
　　(1)以SO2-NaOH為實驗體系，分別研

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

4、氣相流場模擬的方法。構建了頗為真實的分段進液式旋轉填充床三維物理模型，采用多孔介質模型描述填料區(qū)。對比研究發(fā)現，Realizable k-ε湍流方程比standard k-ε湍流方程更適用于MLI-RPB內部氣相流場模擬。壓降模擬值與實驗值誤差在±15％以內，驗證了模型的正確性與模擬方法的可靠性。
　　(3)模擬分析了不同內構件對分段進液式旋轉填充床氣相流動的影響規(guī)律，發(fā)現五種結構內構件對分段進液式旋轉填充床的影響主要集中在環(huán)形填