新型多孔碳化矽泡沫傳質體塔盤的性能研究與結構最佳化

《新型多孔碳化矽泡沫傳質體塔盤的性能研究與結構最佳化》是依託天津大學，由李鑫鋼擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型多孔碳化矽泡沫傳質體塔盤的性能研究與結構最佳化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李鑫鋼
• 依託單位：天津大學

項目摘要

為了克服傳統塔板普遍存在的流體力學性能差、效率低等問題，避免目前各種新型塔板存在的結構複雜、壓降高、容易漏液等弊端，並減少對金屬材料的消耗，本課題組研製出一種具有特殊泡沫微孔結構的多孔碳化矽材料，並將其製成多孔傳質體套用到精餾塔塔盤中，開發出新型的多孔碳化矽傳質體塔盤。初步實驗表明該新型塔盤具有微氣泡分布均勻、氣液接觸面積大、傳質效率高、霧沫夾帶少、漏液點很低和通量大等突出優點，有望在精餾過程中取得突破。本項目將利用多尺度和納微化研究方法，建立恰當的多孔介質模型和內部流體傳遞理論，進行多孔介質/純流體耦合流動的模擬和多孔碳化矽泡沫材料內部的直接數值模擬，以揭示多孔介質強化精餾過程的機理，從而實現蒸餾過程的強化與節能。

結題摘要

將新型泡沫材料以板式塔的形式套用於氣、液傳質的精餾過程具有壓降低、傳質效率高、易於過程放大等優點，是近年來新型氣、液傳質元件開發的研究前沿，也是重要的化工過程強化新思路。本項目首先採用可控熔滲反應燒結技術，研製不同孔徑及其分布的多孔碳化矽傳質體材料。在此基礎上，採用計算流體力學方法和傳質理論，建立了多孔介質數學模型，對多孔碳化矽泡沫傳質體塔盤內的流體流動及分布特點、傳質效率等性能進行模擬，並與實驗結果進行比較，對比結果驗證了模擬方法的正確性，然後進一步對多孔碳化矽泡沫材料內部的氣、液兩相流動形態進行直接數值模擬，揭示了多孔碳化矽塔板的傳遞理論基礎，並且為最佳化多孔塔盤的結構和型式提供了理論支持。最後在實驗測試的數據指導和模擬計算的理論支持下，提出了一套針對SiC塔盤工業設計的方法，對多孔碳化矽泡沫傳質體塔盤進行結構最佳化，以上理論相關成果已發表在AIChE Journal等國內外化工領域的著名期刊上。在工程化方面，針對吉化公司溶劑回收工段中的DMAC脫水塔目前存在的塔效率、腐蝕嚴重等問題，通過套用理論研究方面的成果，設計了SiC泡沫塔盤，套用於56萬噸/年的DMAC脫水塔中，並於2014年10月一次性開車成功，裝置穩定運行至今無腐蝕現象發生，大幅度降低了停車檢修所帶來的生產成本，且由於新型塔盤的高效性，工藝系統的總能耗降低5.6%。本項目面向重要的化工行業，確定了新型塔盤的可行操作域及最優的結構參數和操作參數，為SiC泡沫塔盤的大規模工業化提供基礎研究數據和可行性分析。通過本項目的研究，在國內外化工類高水平期刊上發表論文23篇，其中SCI檢索論文13篇；申請發明專利3項；在國際會議上做了1次主題報告和1次大會報告。