离子膜降膜蒸发工序的改造

为满足12万t a的烧碱生产能力,天津化工厂从真空度、设备等方面入手,对原10万t a的离子膜蒸发工艺进行了改造,达到预期效果。

钛椭圆低肋横槽管外降膜蒸发流热特性

为提高钛椭圆低肋横槽管外降膜蒸发器传热效率,在试验验证基础上对椭圆系数E在1.0~2.0内管外液膜流热特性进行多相流数值模拟。结果表明:管外液膜分布均存在不同程度干斑,且液膜在临近干斑处较其他区域增厚明显,当E为1.2时液膜覆盖率最高;液膜沿轴/周向均减速铺展,当E为1.0和1.8时管上端液膜速度在无量纲轴向长度Z*为-0.25~-0.375及0.25~0.375之间骤减,液膜厚度沿轴向从喷淋口正下方位置向喷淋口远端变化趋势为先减小后增大;最大传热系数随着E增大而增大,管壁在液膜与干斑交界区域附近传热系数最高;平均传热系数先增大后减小,相较圆管,E为1.2和2.0时平均传热系数分别增大34.5%和15.7%;槽内汽含率分布与液膜分布呈相反规律,液膜整体汽含率随E的增大先增大后减小,槽内/外平均汽含率差值随E增加而增大。

纳米TiO_(2)对NH_(3)-H_(2)O-LiBr工质降膜吸收性能的影响

为了探讨纳米TiO_(2)对三元NH_(3)-H_(2)O-LiBr工质降膜吸收的影响,本文利用数值分析建立了三元工作流体薄膜吸收的连续方程、能量方程和组分质量平衡方程,采用Matlab软件进行编程和计算纳米流体的降膜吸收性能,将其与实验数据进行对比验证,并进一步分析了纳米TiO_(2)质量分数、初始氨浓度、初始温度、冷却水进口温度、吸收压力和下降薄膜管长度对薄膜吸收性能的影响。研究表明:添加纳米TiO_(2)可以增强降膜吸收的传质速率,主要原因为液膜中氨的扩散系数增加。当纳米TiO_(2)质量分数从0%增加到0.1%、0.3%和0.5%时,扩散系数分别增加了3.44倍、6.42倍和11.76倍。此外,增加初始氨浓度、降低初始温度、提高冷却水进口温度或降低吸收压力都可以提高最终溶液的饱和度。

浮式氢能储运过程中FLH2通道管外降膜流动的海上适应性强化机理

随着海上风电和天然气制氢技术的发展,以氢能作为媒介的深海能源互联互通体系正不断完善。液态氢储运是实现海上氢能大规模运输和利用的有效方法,揭示海况条件下降膜流动机理是实现浮式氢能高效储运的关键。本文基于高速摄像系统和晃荡平台系统,同时基于耦合的VOF和Level Set两相流模型和动网格技术,采用浮式微观可视化实验和数值模拟相结合的方法,研究氢能储运过程中FLH_(2)(浮式氢气液化装置)换热通道管外降膜流动的海上适应性强化机理。研究结果表明,与常规光圆管、螺纹波管和方波管相比,波纹管管外降膜流动的液膜均匀性较好。在海况下波纹管间降膜流动流型稳定,并且均未出现管壁表面干涸的现象,因此在浮式氢气液化装置FLH2中推荐采用波纹管以强化其海上适应性。基于可视化实验和数值模拟结果,得到了降膜流动的流型演化规律,并拟合了波纹管外降膜流动的液膜厚度计算关联式。

湍流状态下垂直降膜波动特性影响因素研究

针对液膜的稳定性和均匀性会直接影响气液两相和气液固三相传热的问题,对影响液膜流动的因素进行研究。从液膜厚度、液膜速度和湍流强度3个参数定量分析槽宽(2~5 mm)、管径(73~113 mm)、气液接触角(0°~90°)、摩擦系数(0.1~0.9)和气速(2~10 m·s^(-1))对高雷诺数下垂直降膜波动特性的影响机理。结果表明,当槽缝宽度大于3.5 mm时,液膜厚度基本不变,湍流强度变化相对稳定。液膜的厚度、速度和湍流强度随管径的增大而显著变化。随着气液接触角的增大,液膜厚度和速度变化不大,但液膜的湍流强度在出口处略微降低。液膜厚度随着摩擦系数的增加略有增加。随着气体速度加快,液膜厚度先急剧减小,然后缓慢增加。气体速度对入口区域的液膜速度具有抑制作用。

板管型降膜式蒸发器换热特性数值模拟

降膜式蒸发器兼有满液式蒸发器换热效果好及干式蒸发器制冷剂充灌量小的特点。对板管型降膜式蒸发器进行了数值模拟,得出了其在使用R410A为制冷工质时,条缝宽度、喷淋密度及板面温度对蒸发器换热性能的影响。结果表明,当工质入口条缝宽度为1.5mm时,板面的液膜覆盖率及换热系数最大,条缝宽度小于或大于1.5mm时,板面的液膜覆盖率及换热系数均有所降低;板面的液膜覆盖率及其换热系数随着液膜雷诺数的增加而增加,但当液膜雷诺数达到10000以上时,增加幅度明显减小并趋于零;板片温度升高可以增强蒸发器的换热性能,但雷诺数较小时的影响很小,只有雷诺数足够大时板片温度的影响才得到明显的体现。

CO_(2)化学吸收系统的垂直管式降膜再沸器传热传质研究

针对CO_(2)化学吸收系统中存在的高再生耗能和吸收剂长时间高温受热产生热降解的问题,提出了一种新型管式降膜再沸器。通过对降膜流动特性分析,开展了液体分布器结构优化设计研究,并且在200m^(3)/h烟气CO_(2)化学吸收中试平台进行了系统热工实验,以验证降膜再沸器的传热传质性能并寻找最优操作参数。通过降膜流动实验发现,优化接管开孔和分布槽孔径后的液体分布器不均匀度可显著降低至0.026。结果表明,随着管内液相流速的增加及层流与湍流状态的转变,降膜再沸器总传热系数呈先减小后增大的趋势。同时,随着蒸汽质量流量由60kg/h增加至70kg/h和80kg/h,再生率可由10%左右上升至20%左右,最高可达到24.7%,从而促进了胺溶液的二次解吸。增加蒸汽流量和胺溶液进口温度,降膜再沸器热流量逐渐增大,整体传热性能逐渐增强,总传热系数随之增加。所开发的CO_(2)化学吸收管式降膜再沸器,实现了降低吸收剂在再沸器内停留时间,同时提升了再沸器传热效率及胺溶液CO_(2)再生率,有望显著降低碳捕集再生热耗。

高雷诺数下洗涤冷却管内垂直环状降膜流动传热

为了研究高雷诺数(R_(e)=1.81×10^(4)~4.23×10^(4))下洗涤冷却管内降液膜的传热特性与机理,对管内液膜厚度分布与传热过程进行模拟计算。研究结果表明,槽缝宽度与液膜Re越大,液膜越厚;液相出口温度随壁面温度而上升,最大传热系数约为3.7×10^(3)W·(m^(2)·K)^(-1);传热系数随进口温度上升而下降,最大传热系数约为8.3×10^(3)·W(m^(2)·K)^(-1);液膜Re的增加使传热系数上升,最大传热系数约为9.4×10^(3)W·(m^(2)·K)^(-1);表征传热系数h+与液膜Re近似于正比例关系;通过研究气液两相传热发现,传热过程在液膜入口段0~0.1 m处最剧烈;传热系数随气相温度上升而先升高后降低,最大传热系数约为899 W×(m^(2)·K)^(-1);计算数据与试验关联式的最小误差约在10%之内。

降膜吸收器热质传递影响因素及强化方法研究进展

从降膜吸收器热质传递影响因素和强化方法两方面综述了近年来的研究进展。在影响因素方面,对管间距和管径、溶液入口流量、温度及浓度、换热表面覆盖率、冷却水温度及流量和水蒸气压力进行了阐述。在强化方法方面,总结了在吸收剂中使用添加剂及降膜吸收器换热表面优化的方法。通过分子动力学模拟来解释添加剂对热质传递的影响机理及综合多种方法强化热质传递成为下一阶段的研究方向。

氨-水-溴化锂工质降膜吸收数值模拟研究

为了研究新型的氨-水-溴化锂三元工质的降膜吸收特性,为实际工程应用提供理论基础,本文通过数值分析方法建立三元工质降膜吸收的连续性方程、能量方程和组分平衡方程,采用MATLAB软件编程计算氨-水-溴化锂三元工质的降膜吸收结果,与实验数据相互验证,并进一步地分析了溴化锂质量分数、工质流量、冷却水温度和发生温度对降膜吸收性能的影响。研究表明:随着溴化锂质量分数从0%增加至10%,液膜出口处温度从306.7K增加至309.5K,但是当溴化锂质量分数从10%增加至15%时,液膜出口处温度下降至308.7K,说明溴化锂质量分数为10%时吸收放热量最大。当工质流量、冷却水温度、发生温度改变时,大部分的工况下溴化锂质量分数为10%时进出口溶液的浓度差较大,说明此质量分数下溶液吸收的速率最快。

釜式反应器和降膜反应器在酯化反应中的比较应用研究

在现代化工设备规模化生产中,酯化反应大多数使用的是釜式反应器。有机酸、醇和催化剂等物质在釜式反应器中搅拌加热,高温反应后,生成酯和水。降膜反应器是一种新型的反应的装置,反应物沿着反应器壁下滑,与壁面充分接触,形成薄膜层,氮气或真空层在薄膜外表面流过,与内膜层进行物质传递。

表面张力模型对水平椭圆管外降膜流动传热数值计算结果的影响

采用VOF方法对水平椭圆管外降膜流动和换热进行了二维数值分析。研究了4种椭圆管管型在不同表面张力模型下的降膜流动和换热问题。结果表明,在椭圆管近壁处存在极薄的层流底层,对换热影响很大;在滞止区,流体涡流导致壁面换热系数波动较大。同时发现在椭圆管外降膜流动计算中,表面张力不可忽略,连续表面力(CSF)模型和连续表面应力(CSS)模型均能较好地体现椭圆管的壁面流动和换热情况,但CSF模型在上下滞止区的计算更为准确。此外,椭圆度对壁面传热系数影响也较为显著。椭圆度增大,换热增强,特别是当周向角θ=20°~180°时,换热增强尤为明显。

氯代碳酸乙烯酯降膜纯化方法研究

以工业级氯代碳酸乙烯酯(CEC)为原料,利用Aspen Plus软件模拟计算CEC、HCl在不同压力、不同温度下的饱和分压,根据模拟计算结果以降膜刮板蒸发器为主要设备闪蒸纯化CEC,去除CEC中HCl、活性氯及其他活性杂质。根据实验结果调整纯化参数,并以碳酸亚乙烯酯(VC)合成收率作为纯化效果评价标准,确定降膜刮板蒸发器纯化CEC最佳工艺条件为闪蒸温度70℃、5 kPa,CEC气相纯度由82%提高至85.3%,VC合成收率由65.2%提高至75.5%。

降膜再沸器液体布膜器性能研究

对降膜再沸器上常用的双切口液体布膜器进行单管布膜试验研究,测得最小成膜液体量和不同流量工况下的液膜厚度,为降膜再沸器工程设计提供了基础数据。进一步,利用有限元软件模拟该布膜器的流场分布情况,发现在切口附近液体分布不均;针对这个问题,提出在切口处增加引流挡板,并模拟改进后液体布膜器的流场分布情况,发现切口处液体局部汇聚情况得到明显改善,为后续降膜再沸器优化设计提供指导。

一种新型降膜式再沸器及其切向孔式管状分布器的设计

降膜再沸器作为一种高效、低能耗蒸发设备。应用于石化、煤化工、精细化工等行业,本文详细介绍该设备的性能特点、设计方法、并附计算实例。

三效降膜浓缩工艺在片碱生产中的应用总结

介绍了采用三效降膜浓缩工艺生产片碱的过程和主要设备,并针对生产过程中遇到的问题提出了解决措施。

微正压条件下板式降膜MVR蒸发装置的工艺设计与应用

传统负压蒸发技术存在传热效率低、设备投资大、真空稳定性差、水质不稳定、最终乏汽冷凝成本高等问题。深入研究微正压蒸发理论依据及应用条件,提出热能平衡因子Δqz是控制微正压蒸发系统稳定运行的关键因素,不凝气外排所携蒸汽热能及冷凝水、外排浓水热能的回收是保障微正压工况下MVR系统平稳运行的重要措施。MVR板式降膜蒸发工艺在微正压条件下运行,装置产水矿化度小于等于30 mg/L,降膜蒸发板换热系数相较于微负压蒸发提高10%以上,总体设备投资减少约6%~8%,消泡剂、pH调节剂加药量大幅减少。通过对比微负压与微正压两种工况下的运行数据表明:微正压控制蒸发工艺参数具有产水水质更优、换热系数更大、投资更省、能耗更低、降低药剂耗量等优势。

水平滴形管外降膜流动和传热特性模拟研究

基于VOF两相流模型,建立二维水平滴形管外降膜数值计算模型,模拟研究不同入口液体温度、液膜流量、管间距对水平管外的降膜流动和传热特性的影响。结果表明:对于水平滴形管,增大液膜流量和水平管间距可以提高降膜传热系数;增加入口液体温度会减小液膜厚度,增大传热系数。

水平管降膜蒸发器中液膜厚度周向分布研究

采用VOF模型对水平管表面液膜厚度分布进行数值研究,并将结果与实验数据进行比较,二者吻合较好。结果表明:液膜沿水平管周向的流动可分为瞬态过程及之后的稳态过程,瞬态过程包括液体自由下降、冲击管壁、液膜发展、充分发展以及脱离管壁5个阶段。稳态过程中,液膜厚度沿圆管周向分布为先减小,再增大。水平管上、下半部液膜厚度分布不对称,顶部和底部存在两个切向速度滞点,下部滞点处可能会出现无液区。随着液膜雷诺数的增大,液膜厚增大,下部无液区范围也增大。较大的管径会导致液膜在同一角位置处流速增加,液膜厚度减小。