شبيه‌سازي عددي هيدروديناميك جريان دو فاز در سيني‌هاي غربالي برج تقطير

Numerical simulation of the hydrodynamics of two phase flow in distillation column sieve trays

هدف از اين پژوهش، بررسي پارامترهاي هيدروليكي موثر بر روي عملكرد برج تقطير و مشخصات هيدروديناميكي ميدان جريان بر روي سيني غربالي در مقياس صنعتي با استفاده از از شبيه‌سازي عددي مي‌باشد. از روش ديناميك سيالات محاسباتي براي تحليل و پيش‌بيني رفتار جريان بهره گرفته شد. هندسه مورد نظر، شامل فضاي بين دو طبقه از برج تقطير به همراه بخش ناوداني مي‌باشد. پس از ترسيم هندسه و شبكه بندي آن در نرم افزار گميبت، تحليل ميدان سه بعدي جريان به كمك نرم افزار فلوئنت شكل گرفت. از مدل دو فازي اويلري - اويلري براي شبيه‌سازي جريان دو فازي و مدل k-ε RNG جهت مدل‌سازي آشفتگي استفاده گرديد. اعتبارسنجي نتايج، با استفاده از داده‌هاي آزمايشگاهي سولاري و بل و رابطه تجربي ارائه شده توسط كلول انجام شد. توزيع سرعت و كسر حجمي مايع و گاز در مكان هاي مختلف بر روي سيني و اطراف آن مشخص شد. اثر دبي حجمي ورودي مايع و گاز و هم‌چنين هندسه بند بر روي پارامترهاي مرتبط با عملكرد سيني نظير ارتفاع مايع زلال و ارتفاع ناحيه كف ‌مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاكي از آن بود كه كاهش آشفتگي جريان گاز و مايع موجب بهبود عملكرد سيني‌هاي برج تقطير خواهد شد.

The purpose of this research was to investigate the hydraulic parameters affecting the performance of the distillation column and the hydrodynamic characteristics of the flow field on the industrial scale-sieve tray using numerical simulation. Computational fluid dynamics method was used for analyzing and predicting flow behavior. The desired geometry including the space between two trays of the distillation column and the down comer region was considered. After plotting geometry, three dimensional grids were generated in Gambit software and the analysis of the flow field was traced in Fluent software. The Eulerian-Eulerian approach was applied to simulate two-phase flow and k-ε RNG model for turbulence modeling. Validation of the results was done successfully using Solari and Bell experiment data and the correlation presented by Colwell. The velocity distribution and volume fraction of liquid and gas in different zones were determined. The influence of inlet volumetric flow rate of liquid and gas, as well as the geometry of the weir, on parameters related to the tray performance such as clear liquid height and froth height were investigated. The results indicated that a better separation would occur in lower gas and liquid loads.