焦油吸收塔内传质性能CFD模拟探讨文献综述

 2021-11-01 22:21:07

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1.1背景及意义在生物质原料热化学转化过程中,伴随着气态产物的出现,会产生焦油大分子。

焦油常温下是一种黑褐色黏稠液体,其成分非常复杂,大部分是苯的衍生物及多环芳烃,其中含量大于5%的大约有以下几种萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯和酚等,其它成分的含量一般都小于5%。

生物质焦油在200℃以下为液态,3000℃以上呈气态,在高温下能分解成小分子永久性气体。

焦油的存在限制生物质气化技术大规模应用的主要问题如下①焦油占可燃气能量的5%-10%,在低温(常温,接近环境温度)下难以与燃气一起被利用,导致热化学转化过程效率低下焦油在低温下凝结成液体,易和水、碳粒等粉尘结合为粘稠物,堵塞输气管道和阀门,腐蚀金属,影响系统运行和安全;②焦油难以完全燃烧,并产生碳黑等颗粒,对用于发电的燃气设备(如内燃机、燃气轮机等)的叶轮损害严重焦油及其燃烧后产生的毒气会污染环境。

工业除焦油过程中常用的气液相间传质反应的塔器设备庞大,存在气液两相间传递面积更新频率低、有效传质面积小和空间利用率低等问题,焦油吸收塔内的液气比、填料孔隙率,填料的结构和操作条件是影响传质性能的关键因素,提高传质性能可以缩小塔器体积、提高吸收、降低投资成本,降低对环境的影响,因此对焦油吸收塔内流场性质和流动结构的研究对焦油吸收塔的优化和精确设计具有重要意义1.2国内外传质性能CFD模拟进展(1)整体平均CFD模型余国踪和袁孝竞[8]等曾以简化的Navier-Stokes方程及连续方程为基础,用较简化的边界条件对填料塔内带有传质(增湿、减湿)的气液两相流动进行了模拟。

张鹏采用PHOENICS流体力学软件对规整填料塔内的气、液单相流和气、液两相流情况进行了CFD模拟。

考虑到规整填料塔内液体为非连续介质,张鹏的模型借助多孔介质理论,采用体积平均的方法对规整填料内的宏观流动分布进行了描述。

其模型方程为:连续方程:动量方程:式中,为相间净传质速率;;为气相或液相与固体填料之间的相互作用力;为气液间相互作用力;自为气相或液相相含率。

为方便计算,张鹏的模型忽略了固相填料所占的体积分率,则有:张鹏[5]的模型采用体积平均的方法将非连续的液体连续化,因此该模型是具有平均意义的模型,但不能反映规整填料塔内的微观局部流动状况。

(2)单元综合CFD模型所谓单元综合CFD模型就是建立填料单元的实体模型,充分考虑填料结构特性对流体流动的影响,通过模拟单个或多个填料单元来研究填料局部流动状况。

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