Использование метода вычислительной гидродинамики для анализа PACK

Jun 23, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 6588 (2022) Цитировать эту статью

1385 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

В этом исследовании инновационная структурированная насадка из проволочной сетки, а именно PACK-1300XY с удельной площадью поверхности 1300 м2/м3, была охарактеризована с помощью метода вычислительной гидродинамики (CFD). Действительно, различные характеристики этой упаковки (высота, эквивалентная теоретической тарелке, перепад давления во влажном/сухом состоянии и эффективность массообмена) были проанализированы путем анализа режима течения с использованием трехмерного подхода CFD с многофазным сценарием Эйлера-Эйлера. Результаты показали среднее относительное отклонение 16% (для перепада давления во влажном состоянии), 14% (для перепада давления в сухом состоянии) и 17% (для эффективности массообмена) между прогнозами CFD и экспериментальными измерениями. Эти превосходные уровни согласованности между численными результатами и экспериментальными наблюдениями подтверждают полезность подхода, основанного на CFD, для надежного моделирования процессов разделения.

Технологии разделения, такие как абсорбция на основе ионной жидкости1,2 и микроволн3, адсорбция4,5,6,7, мембрана8, циркуляционная очистка9 и псевдоожижение10,11,12 имеют широкий спектр применения в различных приложениях. Дистилляционная колонна, вероятно, является наиболее известным процессом разделения потоков сырья и продуктов с учетом относительной летучести13,14,15. Дистилляционная колонна легко справляется с режимом противотока между потоками газа и жидкости16. В этом отношении дистилляционные колонны, оснащенные тарелками17 и насадкой18, представляют собой две основные категории. Последняя разделена на две случайные и структурированные упаковки19.

Поскольку структурная насадка имеет широкий спектр преимуществ, включая обеспечение низкого перепада давления, высокую эффективность разделения и возможность адаптации к различным операциям20, она была выбрана для крупномасштабных сепарационных башен21 и отечественной химической промышленности. Для уточнения эффективности разделения химических процедур популярен один вид структурированной насадки, а именно насадка из гофрированного листа22. Их материалом могут быть металлы, керамика и пластмассы23, расположенные рядом с обратным направлением каналов. Таким образом, их пористость составляет около девяноста процентов, а привлекательная удельная поверхность варьируется от 250 до 750 м2/м324.

Сухой и влажный перепады давления в ректификационных колоннах связаны с газовой фазой и противоточным газожидкостным потоком по высоте колонны соответственно25. Кроме того, высота, эквивалентная теоретической тарелке (HETP), и удержание жидкости являются другими важными характеристиками насадки26,27. Кроме того, эффективность разделения насадочного слоя определялась через значение HETP, которое показывает массоперенос насадок. Следует отметить, что между этими параметрами существует пропорциональная связь28.

Среди численных исследований течения жидкости в насадках вычислительная гидродинамика (CFD) является эффективным методом снижения экономических затрат на экспериментальные измерения29,30,31,32. Более того, еще одним преимуществом этого вычислительного метода является возможность оценки влияния различных факторов33,34,35. Для достижения этой цели несколько исследователей разработали точные методы дискретизации и алгоритмы решения, т. е. предоставили эффективную вычислительную схему для введения точной модели для моделирования потока в упаковках, которая могла бы быть реализована с помощью комбинации собственных сценариев и программного обеспечения. используется для этой цели36.

В последние годы обогащение компонентов на границе раздела газ-жидкость37,38 в атомистическом масштабе оказывает важное влияние на механизмы массопереноса39,40,41. Более того, в нескольких исследованиях, основанных на CFD, изучалось поведение многофазного потока насадок с различной структурой42,43,44,45. Более того, исследование эмпирического представления коммерческого использования листов гофрированной упаковки было представлено в других вычислительных работах46,47.