超重力场下MDEA脱硫的流场分析与传质模型建立

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来自地下储层的天然气常含有一定量的H2S、CO2、H2O以及其他杂质,给天然气集输和利用带来较大影响,特别是H2S容易造成集输或加工设备及管道腐蚀,更重要的是H2S有毒有害、污染环境、危害人类健康甚至生命。因此,含硫天然气必须进行脱硫净化处理。目前,天然气脱硫方法分为干法和湿法两种,其中湿法脱硫最常用、装置数量最多;而在湿法脱硫中又以MDEA溶液及其配方溶液脱硫应用最广泛。MDEA溶液或配方溶液脱硫过程主要在传统的填料塔或板式塔中完成,是依靠地球重力场来实现气液两相之间的传质,存在传质设备体积大、生产强度低、选择性差等问题。而在超重力场中,气液间微观混合和相间传质过程可得到极大的强化,液体(或液滴)表面更新迅速,气液接触面积亦会增大。所以,借助超重力场,填料会具有更大传质强度、液体会具有更短停留时间等特点。因此,将超重力技术运用于MDEA溶液及配方溶液脱硫不仅能强化传质过程,而且有利于提高脱硫过程的选择性。本论文基于计算流体力学基础理论,采用有限体积法,运用流场模拟软件,建立了天然气MDEA溶液脱硫过程的超重力旋转填料床物理模型,根据旋转填料床实际结构、填料基本尺寸等情况,在进行合理的网格划分、边界条件设定的基础上,选择恰当的计算模型与求解方法,对二维旋转填料床模型进行气液相流场分析。论文重点分析了在不同入口速度和转速下旋转填料床的液相流场,如液体径向流速、切向流速变化和液体湍动能分布情况。亦分析了旋转填料床的气相流场,如径向流速、切向流速变化和压力变化情况。本论文在完成旋转填料床二维流场分析的基础上,根据超重力旋转填料基本结构尺寸,采用传质表面更新理论,从旋转填料床径向和切向两个方向上考虑液体流动的表面更新率,从理论上初步建立了液相传质系数模型;而针对旋转填料床的气相传质系数,则是在恩田等人对常规重力场提出的气相传质系数经验关联式基础上进行修正,并且初步分析和对比了旋转填料中不同操作条件下气液相传质系数的变化趋势。
摘要第3-4页
Abstract第4页
第1章 绪论第7-15页
    1.1 天然气脱硫技术概述第7-8页
        1.1.1 天然气脱硫目的及意义第7页
        1.1.2 国内外天然气脱硫方法第7-8页
        1.1.3 天然气脱硫技术进展第8页
    1.2 论文研究的背景及意义第8-9页
    1.3 超重力技术概述第9-14页
        1.3.1 超重力技术与超重力机第9页
        1.3.2 超重力旋转填料床的基本结构及原理第9-10页
        1.3.3 超重力装置的类型第10-11页
        1.3.4 超重力装置的特点第11-12页
        1.3.5 超重力技术的发展与应用第12-14页
    1.4 论文主要研究内容和研究思路第14-15页
第2章 CFD理论基础与超重力场流体力学第15-27页
    2.1 CFD基础理论第15-23页
        2.1.1 计算流体力学基本方程第15-18页
        2.1.2 离散方法第18-19页
        2.1.3 湍流模型第19-22页
        2.1.4 迭代求解方法第22-23页
        2.1.5 网格技术第23页
    2.2 超重力场中的流体力学第23-27页
        2.2.1 液体流动状态第23-24页
        2.2.2 液膜厚度第24页
        2.2.3 持液量第24-25页
        2.2.4 停留时间第25页
        2.2.5 液滴直径第25页
        2.2.6 液泛第25-26页
        2.2.7 气相压降第26-27页
第3章 旋转填料床MDEA脱硫流场研究第27-61页
    3.1 超重力场天然气脱硫体系第27页
    3.2 流场的CFD模拟第27-29页
        3.2.1 物理模型的建立第27-28页
        3.2.2 网格划分第28页
        3.2.3 边界条件设定第28-29页
        3.2.4 计算模型与求解方法第29页
    3.3 液相流场的模拟与分析第29-43页
    3.4 气相流场的模拟与分析第43-60页
    3.5 小结第60-61页
第4章 超重力场下MDEA脱硫传质模型建立第61-70页
    4.1 超重力场传质的理论模型第61页
    4.2 超重力场传质的经验模型第61-62页
    4.3 超重力场下传质模型的建立第62-69页
        4.3.1 MDEA脱硫的机理第62-63页
        4.3.2 超重力场中MDEA脱硫的传质模型第63-69页
    4.4 小结第69-70页
第5章 结论及建议第70-72页
    5.1 结论第70页
    5.2 建议第70-72页
致谢第72-73页
参考文献第73-77页
附录第77-89页
攻读硕士学位期间发表的论文第89页
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