本文選題：尿素合成塔　切入點：CFD　出處：《重慶大學》2015年碩士論文

【摘要】：尿素合成塔是一種高溫高壓操作、氣液兩相共存、內(nèi)置塔盤的塔式反應器,是整個尿素生產(chǎn)過程中的關鍵設備。為了強化反應效果,其內(nèi)置塔盤在生產(chǎn)實踐中被不斷改進,出現(xiàn)了許多類型的塔盤。因為缺乏實驗數(shù)據(jù),對尿素合成塔內(nèi)的氣液兩相流場進行基于計算流體力學(CFD)的模擬計算及分析,將在塔盤的改進、設計及操作中具有重要的理論指導意義。本文以計算流體力學(CFD)軟件Fluent為平臺,對尿素合成塔內(nèi)的氣液物流,在經(jīng)過不同類型塔盤之后的兩相流狀態(tài)進行數(shù)值模擬分析。為此,將尿素合成塔相鄰兩塔板之間的反應空間可看作一個鼓泡段,氣液兩相以并流的方式經(jīng)過塔盤進入鼓泡段。每個鼓泡段內(nèi)的經(jīng)過了反應平衡、物料平衡和氣液平衡計算之后的物料數(shù)據(jù),由其它計算軟件提供,因此本計算中忽略鼓泡段內(nèi)的化學反應。在CFD模擬中,選擇Euler-Euler雙流體多相流模型,采用Realizable k-ε湍流模型,對安裝有平篩板和波形塔盤的尿素合成塔氣液兩相非定常流動分別進行了二維模擬,并采用群體平衡模型(PBM)對兩種塔板的氣泡大小分布規(guī)律進行了數(shù)值模擬�？疾炝嗽诓煌谋碛^氣速下,合成塔內(nèi)平均氣含率的變化規(guī)律;又設定10組不同的氣泡尺寸,研究氣泡經(jīng)過不同的多孔塔板后的變化及其在塔內(nèi)的分布情況。結果表明:隨著空塔氣速的增大,鼓泡塔內(nèi)的氣含率與空塔氣速近似成線性關系;波形塔盤中的氣體分布更為均勻;在多氣泡尺寸的PBM模擬中,波形塔盤的小氣泡數(shù)量比例要比平篩板中的大,更有利于兩相間的傳質(zhì)。采用與二維模擬中相同的數(shù)學模型和邊界條件,對平篩板合成塔實際的三維模型做了不同進口氣速下的模擬計算。結果表明:合成塔內(nèi)較大氣速下的氣相能夠較早地實現(xiàn)整體的分布均勻,并探索了在不同進口氣速下的氣含率的分布隨塔高的變化規(guī)律。
[Abstract]:Urea reactor is a kind of high temperature and high pressure operation, gas-liquid two-phase coexisting, built-in tray tower reactor, is the key equipment in the whole urea production process. In order to enhance the reaction effect, its built-in tray has been continuously improved in production practice. Due to the lack of experimental data, the simulation and analysis of gas-liquid two-phase flow field in urea reactor based on computational fluid dynamics (CFD) will be improved in the tray. The design and operation are of great theoretical significance. Based on the computational fluid dynamics (CFD) software Fluent, the two-phase flow state in urea synthesis tower after passing through different types of trays is numerically simulated in this paper. The reaction space between the two adjacent trays of the urea synthesis tower can be regarded as a bubbling section. The gas-liquid two-phase flows through the tray into the bubbling section in a parallel way. The reaction equilibrium in each bubbling section is obtained. The material data after material balance and gas-liquid equilibrium calculation are provided by other calculation software, so the chemical reaction in bubble section is ignored in this calculation. In CFD simulation, the Euler-Euler two-fluid multiphase flow model is selected and the Realizable k- 蔚 turbulence model is used. Two-dimensional simulation of gas-liquid two-phase unsteady flow in urea synthesis column with flat sieve plate and corrugated tray was carried out. A population equilibrium model (PBM) was used to simulate the bubble size distribution of two kinds of trays. The variation of average gas holdup was investigated at different apparent gas velocities, and 10 groups of different bubble sizes were set up. The change of bubble and its distribution in the column after different porous trays are studied. The results show that the gas holdup in the bubble column is approximately linear with the increase of the gas velocity in the bubble tower. The gas distribution in the corrugated tray is more uniform. In the PBM simulation of multi-bubble size, the number of small bubbles in the corrugated tray is larger than that in the flat sieve plate. It is more favorable for mass transfer between two phases. The same mathematical model and boundary conditions as in two-dimensional simulation are used. The actual 3D model of flat sieve plate synthetic tower is simulated under different inlet gas velocities. The results show that the gas phase at large gas velocities in the converter can realize the uniform distribution of the whole gas earlier. The variation law of gas holdup distribution with tower height at different inlet gas velocities is also explored.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ441.41;TQ053.5

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本文編號：1666246