氣溶膠顆粒是污染大氣環(huán)境和危害人體健康的主要介質(zhì)。氣溶膠顆粒產(chǎn)生于工業(yè)生產(chǎn)過程以及工業(yè)尾氣的排放,因此氣溶膠顆粒的過程減排以及工業(yè)尾氣中的捕集分離極其關(guān)鍵。氣溶膠顆粒的分離技術(shù)應(yīng)用廣泛,分離效果直接影響環(huán)保指標(biāo)、大氣質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益。旋轉(zhuǎn)離心分離技術(shù)憑借低成本、高效率、易操作、易維護(hù)等優(yōu)勢(shì)在氣溶膠顆粒的捕集、回收、利用等方面具有廣闊前景,是分離凈化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本文提出氣溶膠旋流排序調(diào)控方法和逆旋分離方法,發(fā)明了氣溶膠顆粒排序調(diào)控實(shí)驗(yàn)裝置、排序調(diào)控狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)離心分離試驗(yàn)裝置和測(cè)量裝置,采用激光粒子測(cè)量原理、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和分離實(shí)驗(yàn)等手段,研究了逆旋強(qiáng)化旋轉(zhuǎn)離心分離去除氣溶膠的原理,開發(fā)成功短流程循環(huán)氫脫硫工藝,應(yīng)用到石化加氫裝置循環(huán)氫氣脫硫工業(yè)裝置中。研究成果如下： (1)通過理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和激光測(cè)量相結(jié)合,創(chuàng)造性地提出采用旋轉(zhuǎn)離心流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)氣溶膠顆粒排列方法,并采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量手段和計(jì)算流體模擬驗(yàn)證其正確性。設(shè)計(jì)了普通、正排、逆排三種調(diào)控分離器,并建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬系統(tǒng)和激光粒子測(cè)試系統(tǒng)。 (2)實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)三種分離器的流量-壓降關(guān)系、流量-效率關(guān)系、雷諾數(shù)-歐拉數(shù)關(guān)系、級(jí)效率曲線、以及魚鉤效應(yīng)進(jìn)行研究；計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)連續(xù)相采用雷諾應(yīng)力模型(RSM)、分散相采用離散相模型(DPM)對(duì)三種分離器內(nèi)部流場(chǎng)的軸向速度、徑向速度、切向速度、壓力分布、顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡、濃度分布、分離效率等進(jìn)行了研究；激光粒子圖像測(cè)試(PIV)對(duì)三種分離器的內(nèi)部流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和速度分布規(guī)律進(jìn)行了研究,并與模擬數(shù)值進(jìn)行比較分析。 (3)逆排旋流分離使細(xì)微顆粒更靠近分離器入口的邊壁位置,能有效避開分離器中的蓋下流分離盲區(qū)。逆排旋流分離在數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究中的最高分離效率均要高于普通和正旋分離器,當(dāng)三種分離器入口氣溶膠濃度均為2mg/L時(shí),最高分離效率對(duì)應(yīng)的溢流口殘留氣溶膠濃度值為：普通0.064mg/L,正旋0.068mg/L,逆旋0.010mg/L,即逆旋分離器殘留氣溶膠顆粒濃度僅為普通分離器的15.6%。逆旋分離器的分離效率遠(yuǎn)高于普通分離器和正旋分離器,并且逆旋分離器的高效分離工作范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外兩種分離器。逆排旋流分離在數(shù)值模擬和激光測(cè)試中均顯示出比另外兩種分離器更具穩(wěn)定性和對(duì)稱性的流場(chǎng)分布和速度分布,并且數(shù)值模擬所得流場(chǎng)速度分布規(guī)律與激光測(cè)試分布規(guī)律一致。 (4)結(jié)合模擬研究、實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),成功開發(fā)工業(yè)用氣溶膠顆粒排列型旋流分離技術(shù),并應(yīng)用到石化加氫裝置中。溫度為50℃,壓力為13.5MPa,介質(zhì)為含硫循環(huán)氫時(shí),分離器對(duì)C5+烴類霧滴的平均分離效率為85.6%,循環(huán)氫的純度(摩爾比)平均增加2.3%,氣體分子量平均減小0.83；分離器設(shè)置在脫硫塔內(nèi)頂部,幾乎能完全分離循環(huán)氫夾帶的胺液霧滴。分離器能有效脫除循環(huán)氫夾帶的烴類和胺液等霧滴,各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求,解決了影響加氫裝置循環(huán)氫裝置長周期運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)難題,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X701;TQ028
【部分圖文】：

1.2.2軸流式旋轉(zhuǎn)離心分離器軸流式旋轉(zhuǎn)離心分離器(見圖1.2)依靠設(shè)置于圓管內(nèi)部的導(dǎo)向葉片產(chǎn)生離心力，從而使旋轉(zhuǎn)流保持穩(wěn)定，有助于維持層流特性，且阻力損失較小。另外，軸流式旋轉(zhuǎn)離心分離器結(jié)構(gòu)同樣較為簡(jiǎn)單、導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)和圓管的連接形式也較為容易，其過流面積大，能夠與較為常見的坐封工藝和起下作業(yè)工藝吻合，在降低加工制造難度和加工成本的同時(shí)，也簡(jiǎn)化了工程實(shí)踐中現(xiàn)場(chǎng)操作難度。軸流式旋轉(zhuǎn)離心分離器主要用于石油天然氣的開采，壓縮空氣的凈化處理，航空航天的氦氣分離，尤其在海上、偏遠(yuǎn)地區(qū)油井及遠(yuǎn)距離油氣輸送方面具有較廣泛的前景。1996年，F(xiàn)ranca等研制了采用螺旋片進(jìn)行導(dǎo)流來產(chǎn)生離心力的軸流式旋轉(zhuǎn)離心分離器

4相同流量下軸向速度分布圖3.13、圖3.14、圖3.15分別為普通、正旋、逆旋三種旋轉(zhuǎn)離心分離器在流量分別0、40、50 mVh時(shí)的X軸向截面連續(xù)相軸向速度分布云圖。從這些圖中可以看出，能反映軸向速度分布的X軸截面上，幾乎所有的軸向速度等值線在溢流管以下均會(huì)狹長的“V”型等值區(qū)域。

為30、40、50 mVh時(shí)的X軸向截面連續(xù)相切向速度分布云圖。從這些圖中切向速度等值線可以看出，切向速度分布沿著徑向距離的增加呈現(xiàn)出先增大隨后減小的分布趨勢(shì)，其內(nèi)部基本服從準(zhǔn)自由禍的分布。在3種流量工況下，正旋和逆旋的切向速度分布相對(duì)比普通分離器具有更好的對(duì)稱性，并且正旋和逆旋分離器的最大切向速度區(qū)域面積比普通分離器的最大切向速度區(qū)域面積更為廣泛。另外，正旋分離器的切向速度從溢流管底部開始一直到錐段底部始終較為對(duì)稱地處在同一等值線區(qū)域范圍內(nèi)，而逆旋分離器的切向速度從溢流管底部到錐段底部則存在幾個(gè)不同等值線區(qū)域范圍。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2890855