June2011·88·现代化工

ModernChemicalIndustry第31卷第6期2011年6月

信息技术应用

焦炉煤气脱硫吸收塔两相流场

计算流体力学数值模拟

111221琳，刘睿，党乐平，戴成武，王英丽，卫宏远

（1．天津大学化工学院，天津300072；2．中冶焦耐工程技术有限公司，辽宁鞍山114002）

郝

摘要：以商业化软件FLUENT为计算平台，将计算流体力学（CFD）与两相流流动结合起来预测复杂吸收塔内的两相流动情况。计算在三维体系中展开，在满足收敛以及质量守恒条件后，得到了稳态条件下的单相流场，并引入欧拉多相模型和多孔介质模型，对单相流含填料流场和两相流场进行了计算。计算结果表明，使用标准k－ε湍流模型和欧拉－欧拉多相流模型可以

呈现出极好的对称性并且流场的各项性质定性正确，可以确定塔结构及操作参数均已达到要模拟出脱硫吸收塔内的复杂流场，

求；多孔介质项对于塔内两相逆流的速度差起到了较好的平衡作用，与填料塔中的预期结果定性相符，同时说明该模型可以较好地完成对散装填料的模拟，在计算中表达出其应有的性质。

关键词：计算流体力学；多相流模型；脱硫吸收塔；欧拉模型中图分类号：TQ028．1+5；TQ015．9文献标识码：A文章编号：0253－4320（2011）06－0088－04

Two-phaseflowCFDsimulationsofanabsorptiontowerfor

coke-ovengasdesulfurization

HAOLin1，LIURui1，DANGLe-ping1，DAICheng-wu2，WANGYing-li2，WEIHong-yuan1

（1．SchoolofChemicalEngineeringandTechnology，TianjinUniversity，Tianjin300072，China；2．ACRECoking＆RefractoryEngineeringConsultingCorporation，Anshan114002，China）

Abstract：UsingacommercialcodeFLUENT，thecomputationalfluiddynamics（CFD）combinedwiththetwo-phaseflowareusedtopredictthecomplexflowageconditionoftwo-phaseflow．The3-Dgeometricmodelofthedesulfurizedtowerisconstructedtosimulatethesingle-phaseandtwo-phaseflow．Basedontheconvergentresultof

single-phaseflowwithoutpacking，Eulermulti-phasemodelandporousmediummodelareaddedtosimulatesingle-phaseflowwithpackingbedandtwo-phaseflow．Theresultsshowthatthestandardk－εturbulentmodelandEulerianmulti-phasemodelcanapplytosimulatethecomplexflowindesulfurizedingabsorptiontower，whichpresentgoodsymmetryandisqualitativelycorrect．Soit’sconformedthatthetowerstructureandoperationalparametersallmeetthedesignrequirement．Theporousmediumcanbalancethevelocitydifferenceoftwophases’countercurrentwell，whichqualitativelyaccordswiththetheoreticpredictiveresultsinpackedtower．Italsoshowsthatthismodelperformswellinsimulatingrandompacking．

Keywords：computationalfluiddynamics；multi-phasemodel；desulfurizingabsorptiontower；Eulermodel

煤的气化在煤化工中占有重要的地位，脱除煤

HCN等尤其重气中含有的大量酸性气体，如H2S、

塔内发生的多要。填料塔在脱硫系统中应用广泛，

相流更是一种非常重要的流动现象。对于一些简单的流动情况，可通过目前的经验或半经验关联式进行预测。但对于结构较为复杂的双段脱硫吸收塔，

［1－3］

。计这些关系式并不能呈现出整体的流动效果

CFD）作为算流体力学（computationalfluiddynamics，

流体力学的一个新兴的重要分支，与实验研究相比较，具有成本低、速度快、资料完备、可以模拟真实及理想条件等优点，能够避开高温、高压、易燃、易爆等操作难度较大的实验所带来的问题，弥补和克服传

收稿日期：2011－02－21；修回日期：2011－04－21“863”基金项目：国家重点项目（2009AA063303）

统方法的缺陷，从而指导工程的设计和优化。本文

将CFD与两相流流动结合起来预测了复杂吸收塔内的两相流动情况。

1

1.1

建模

模型基本假设

为模拟H2S被K2CO3溶液物理、化学吸收过

［4］

程，基于随机堆砌填料吸收塔作如下假定：

（1）气相为连续相，液体相为离散相；（2）气体吸收操作过程为稳态，且液体不可即液体密度不随液体温度和浓度的变化而变压缩，

化（工业操作中液体温度和浓度的变化不足以导致

022－24700287，haolin@tju．edu．cn；卫宏远（1965－），作者简介：郝琳（1978－），女，博士，研究方向为化工过程安全、工业结晶及模拟，教授，博

022－27400287，David．wei@tju．edu．cn。士生导师，研究方向为流体力学计算、工业医药结晶、煤化工、化工过程安全，通讯联系人，