[发明专利]一种内环绕壁填料塔的设计方法

摘要

本发明公开了一种内环绕壁填料塔的设计方法，包括填料塔协同夹点原理设计过程、满足协同夹点的内环绕壁的填料塔设计。该协同夹点理论主要定义了质量余量(SAM)和能量余量(SAE)，用以量化塔设备集成程度。提出的塔设备协同夹点原则为：质量余量和能量余量越小，集成程度越高。质量余量和能量余量均为零时达到协同夹点。通过协同夹点原理，构造了配有内环绕壁内件的填料塔，降低了径向差异，削弱了流体壁流效应，促使内环绕壁填料塔的质量余量和能量余量大幅降低，接近协同夹点。本发明综合了场协同和质量交换理论的优点，将两种集成理论统一为协同夹点理论，适合实现塔设备高效、节能分析，可用于指导塔设备的优化设计。

主权项

一种内环绕壁填料塔的设计方法，其特征在于：1)首先设内环绕壁填料塔内环的厚度为d，高度为L，内环的外径为D，填料高度为H；2)根据步骤1中填料塔、内环数据以及气液进出口流量、温度和浓度，确定场协同模拟对象和模拟区域，基于内环绕壁填料塔多场协同原理通过两相流模拟，获得溶质及溶剂的速度、溶质及溶剂的体积分数梯度、溶质单位体积质量流量、分离溶质能耗、分离溶质体积分数梯度以及分离溶剂温度梯度；3)根据步骤2中获得的溶质速度和溶质体积分数梯度，求得溶质速度与溶质体积分数梯度之间的协同角，该协同角的余弦值(cosθ)为内环绕壁填料塔的质量源的纵坐标，其按照从大到小顺序排列，横坐标为溶质单位体积质量流量(Ni，j)；由步骤2中的溶剂速度与溶剂体积分数梯度，计算获得溶剂速度与溶剂体积分数梯度之间的协同角，该协同角的余弦值(cosθ)构成内环绕壁填料塔质量阱纵坐标，其按照从大到小顺序排列，横坐标同样为溶质单位体积质量流量(Ni，j)；质量剩余量(SAM)由质量源、质量阱曲线和坐标围成的面积构成，如果面积大于零，则在质量剩余图上沿着横坐标正方向画出以面积大小相等的水平直线段；反之，则沿着横坐标负方向画出与面积大小相等的水平直线段，最后，将各条直线段连接而成；内环绕壁填料塔能量源纵坐标为基于步骤2中溶质速度与分离溶质体积分数梯度求得的协同角的余弦值(cosθ)，按照从大到小顺序排列，横坐标为分离溶质能耗(Qi，j)；内环绕壁填料塔能量阱纵坐标为根据步骤2中溶剂速度与分离溶剂温度梯度求得的协同角的余弦值(cosθ)，按照从大到小顺序排列，横坐标同样为分离溶质能耗(Qi，j)；能量余量图(SAE)由能量源、能量阱曲线以及横、纵坐标围成的面积构成，如果面积大于零，则在能量剩余图上沿着横坐标正方向画出以面积大小相等的水平直线段；反之，则沿着横坐标负方向画出与面积大小相等的水平直线段，最后，将各条直线段连接而成；4)根据质量源和质量阱图、能量源和能量阱图、质量余量图(SAM)以及能量余量图(SAE)优化内环绕壁填料塔，如果质量余量和能量余量较大，一方面采用增大内环厚度d或者增大内环高度H来减小SAM和SAE；另一方面采用减小内环外径D或者填料高度H获得较小的SAM和SAE。