CN114139430B - 一种双酚a造粒塔气流组织模拟评估与优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工装置技术领域，具体公开了一种双酚A造粒塔气流组织模拟评估与优化方法，包括以下具体步骤：S1、对双酚A造粒塔与气流组织相关的布风构件进行全面建模，在主塔体内单独划分出颗粒与工质气体进行传热并产生阻力的区域，并对上述模型进行网格划分，形成造粒塔气相空间以及颗粒、气体工质传热阻力空间两个区域；通过将颗粒与高温气体的换热以及颗粒对于气体的阻力进行了等效，将双酚A造粒塔所有与气流组织相关的构件全部纳入计算域，仿真精度较高，无需高计算成本的颗粒追踪计算，即可快速高效模拟获得双酚A造粒塔内部各种气流的物理参数，从而定量化评判造粒塔气流组织工况的优劣，低成本地优化造粒塔布风系统。
Description
技术领域
本发明涉及化工装置技术领域，具体为一种双酚A造粒塔气流组织模拟评估与优化方法。
背景技术
近年来，对于工业塑料重要化合物的双酚A原料，其需求强劲增长。双酚A熔点高达157℃，为了保持良好的流动性，常将其制备为颗粒状。为了获得粒状的双酚A，一般采用造粒塔将熔融状态的双酚A雾化为细小颗粒，并与热风气流进行热质交换。由于雾化后的液滴比表面积极大，在较短的时间内就被干燥为固体小颗粒。上述干燥过程发生在造粒塔主塔体的热风气体氛围中，因此主塔体内的气流组织均匀性至关重要，高温气体的旋流、偏流将会造成双酚A颗粒在漩涡区被过度干燥，或者没有充分干燥，而粘附在塔体壁面上的不利工况。高温气体需要通过鼓风机、输配管道、管件、整流格栅等构件进入主塔体，结构复杂，各个构件对于整体气流组织的影响难以通过公式评估，一般采用计算流体力学模拟的方法进行定量化的仿真方案对比。
现有模拟技术对于双酚A造粒塔的气流组织多采用不考虑能量交换的气流模拟，或者考虑追踪颗粒轨迹的多相流模拟；不考虑能量交换，忽略了工质气体的浮力影响，对于塔体内的气流流速分布有一定影响，追踪颗粒轨迹的多相流模拟，计算成本较高，无法将对于气流组织有影响的细部构件纳入到计算域内，计算精度也受到一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双酚A造粒塔气流组织模拟评估与优化方法，通过将造粒塔起到主要作用的全部布风结构纳入计算域，不仅考虑了高温工质气体在干燥过程中的换热，而且在模拟中等效了喷雾颗粒对于气体的阻力作用，从而提升双酚A造粒塔布风结构气流组织方案优化的模拟精度，并提升工作效率，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双酚A造粒塔气流组织模拟评估与优化方法，包括以下具体步骤：
S1、对双酚A造粒塔与气流组织相关的布风构件进行全面建模，在主塔体内单独划分出颗粒与工质气体进行传热并产生阻力的区域，并对上述模型进行网格划分，形成造粒塔气相空间以及颗粒、气体工质传热阻力空间两个区域，
其中，建模为首先建立双酚A造粒塔主塔体、进风管系、整流构件和排风管系，并将进风管系的入口设置为速度入口排风管系设置为自由出流，且主塔体内设置有关键截面和关键点位；
S2、通过气体工质的进出口温度，计算造粒塔内流体的换热量，换热量的计算公式为：
Q＝c×m×Δt，
其中，Q为工质气体换热量，c为工质气体比热容，m为工质气体质量流量，Δt为工质气体出口温度与进口问题之差；
S3、通过双酚A料液的质量流量、主塔体高度、重力加速度、颗粒平均粒径、颗粒密度、气体工质密度和工质对于气体的风阻系数，计算出颗粒对于气体工质的平均阻力，可由下式确定：
其中，F为颗粒对于气体工质的阻力，M为双酚A料液质量流量，L为主塔体高度，g为重力加速度，d为颗粒平均粒径，ρs为颗粒密度，ρg为气体工质密度，CD为工质对于气体的风阻系数；
S4、在步骤S1中设置的颗粒、气体工质传热阻力空间区域中首先加载流体热源，发热量等同于骤S2中计算出的换热量，然后在颗粒、气体工质传热阻力空间区域加载流体阻力，其数值等于步骤S3计算出的平均阻力，将计算所得的换热量Q和阻力F加载到区域中；
S5、对双酚A造粒塔内部的气流组织进行模拟迭代计算，并将获得双酚A造粒塔中的气流组织的各类参数；
S6、将模拟仿真获得的气流组织参数与标准工况进行对比，如未达到工程所需精度，检查边界条件、模拟设置，重复步骤S1-S6，直到模拟结果符合模拟精度；
S7、对主塔体内的关键截面和关键点位进行气流速度、温度的后处理提取，并对双酚A造粒塔的气流组织进行定量化评估；
S8、采用对双酚A造粒塔内关键截面的最大轴向流速、平均轴向流速、平均流速以及取值线中关键点位的流速分布，定量化判别双酚A造粒塔模拟所得气流组织参数是否满足工艺要求；
S9、对不满足气流组织工艺要求的，提出双酚A造粒塔布风系统的新方案，重复步骤S1-S8，优化造粒塔的气流组织工况。
优选的，步骤S5中的参数包括气体工质的温度、速度和压力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将颗粒与高温气体的换热以及颗粒对于气体的阻力进行了等效，将双酚A造粒塔所有与气流组织相关的构件全部纳入计算域，仿真精度较高，无需高计算成本的颗粒追踪计算，即可快速高效模拟获得双酚A造粒塔内部各种气流的物理参数，从而定量化评判造粒塔气流组织工况的优劣，低成本地优化造粒塔布风系统，具有良好广泛的推广前景。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2是本发明实施例的造粒塔建模示意图；
图3是本发明实施例的换热源与颗粒阻力加载区示意图；
图4为本发明实施例的后处理平面设置示意图；
图5为本发明实施例的后处理取值线设置示意图。
图中：1、主塔体；2、进风管系；3、整流构件；4、排风管系；5、区域；6、截面；7、关键点位。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种双酚A造粒塔气流组织模拟评估与优化方法，包括以下具体步骤：
S1、对双酚A造粒塔与气流组织相关的布风构件进行全面建模，在主塔体1内单独划分出颗粒与工质气体进行传热并产生阻力的区域5，并对上述模型进行网格划分，形成造粒塔气相空间以及颗粒、气体工质传热阻力空间两个区域5，
其中，建模为首先建立双酚A造粒塔主塔体1、进风管系2、整流构件3和排风管系4，并将进风管系2的入口设置为速度入口排风管系4设置为自由出流，且主塔体1内设置有关键截面6和关键点位7；
S2、通过气体工质的进出口温度，计算造粒塔内流体的换热量，换热量的计算公式为：
Q＝c×m×Δt，
其中，Q为工质气体换热量，c为工质气体比热容，m为工质气体质量流量，Δt为工质气体出口温度与进口问题之差；
S3、通过双酚A料液的质量流量、主塔体高度、重力加速度、颗粒平均粒径、颗粒密度、气体工质密度和工质对于气体的风阻系数，计算出颗粒对于气体工质的平均阻力，可由下式确定：
其中，F为颗粒对于气体工质的阻力，M为双酚A料液质量流量，L为主塔体高度，g为重力加速度，d为颗粒平均粒径，ρs为颗粒密度，ρg为气体工质密度，CD为工质对于气体的风阻系数；
S4、在步骤S1中设置的颗粒、气体工质传热阻力空间区域5中首先加载流体热源，发热量等同于骤S2中计算出的换热量，然后在颗粒、气体工质传热阻力空间区域5加载流体阻力，其数值等于步骤S3计算出的平均阻力，将计算所得的换热量Q和阻力F加载到区域5中；
S5、对双酚A造粒塔内部的气流组织进行模拟迭代计算，并将获得双酚A造粒塔中的气流组织的各类参数；
S6、将模拟仿真获得的气流组织参数与标准工况进行对比，如未达到工程所需精度，检查边界条件、模拟设置，重复步骤S1-S6，直到模拟结果符合模拟精度；
S7、对主塔体1内的关键截面6和关键点位7进行气流速度、温度的后处理提取，并对双酚A造粒塔的气流组织进行定量化评估；
S8、采用对双酚A造粒塔内关键截面6的最大轴向流速、平均轴向流速、平均流速以及取值线中关键点位7的流速分布，定量化判别双酚A造粒塔模拟所得气流组织参数是否满足工艺要求；
S9、对不满足气流组织工艺要求的，提出双酚A造粒塔布风系统的新方案，重复步骤S1-S8，优化造粒塔的气流组织工况。
进一步的，步骤S5中的参数包括气体工质的温度、速度和压力。
本发明综合考虑双酚A气流组织换热浮力以及颗粒阻力，采用等效简化的方法，较好的解决了现有方法颗粒轨迹追踪计算成本高昂，难以将与气流组织有关的细部整流构件全部纳入计算域引起的模拟误差，而与不考虑能量方程的稳态气流模拟来说，本发明考虑了气体受热后的浮力以及颗粒对于气体的阻力，提升了模拟精度，且能够在合理的计算时长内，以较高精度的获得双酚A造粒塔内部的气流参数，并进行定量化评估，提高了相关优化工作的效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种双酚A造粒塔气流组织模拟评估与优化方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
S1、对双酚A造粒塔与气流组织相关的布风构件进行全面建模，在主塔体(1)内单独划分出颗粒与工质气体进行传热并产生阻力的区域(5)，并对上述模型进行网格划分，形成造粒塔气相空间以及颗粒、气体工质传热阻力空间两个区域(5)，
其中，建模为首先建立双酚A造粒塔主塔体(1)、进风管系(2)、整流构件(3)和排风管系(4)，并将进风管系(2)的入口设置为速度入口排风管系(4)设置为自由出流，且主塔体(1)内设置有关键截面(6)和关键点位(7)；
S2、通过气体工质的进出口温度，计算造粒塔内流体的换热量，换热量的计算公式为：
Q＝c×m×Δt，
其中，Q为工质气体换热量，c为工质气体比热容，m为工质气体质量流量，Δt为工质气体出口温度与进口问题之差；
S3、通过双酚A料液的质量流量、主塔体高度、重力加速度、颗粒平均粒径、颗粒密度、气体工质密度和工质对于气体的风阻系数，计算出颗粒对于气体工质的平均阻力，可由下式确定：
其中，F为颗粒对于气体工质的阻力，M为双酚A料液质量流量，L为主塔体高度，g为重力加速度，d为颗粒平均粒径，ρs为颗粒密度，ρg为气体工质密度，CD为工质对于气体的风阻系数；
S4、在步骤S1中设置的颗粒、气体工质传热阻力空间区域(5)中首先加载流体热源，发热量等同于骤S2中计算出的换热量，然后在颗粒、气体工质传热阻力空间区域(5)加载流体阻力，其数值等于步骤S3计算出的平均阻力，将计算所得的换热量Q和阻力F加载到区域(5)中；
S5、对双酚A造粒塔内部的气流组织进行模拟迭代计算，并将获得双酚A造粒塔中的气流组织的各类参数；
S6、将模拟仿真获得的气流组织参数与标准工况进行对比，如未达到工程所需精度，检查边界条件、模拟设置，重复步骤S1-S6，直到模拟结果符合模拟精度；
S7、对主塔体(1)内的关键截面(6)和关键点位(7)进行气流速度、温度的后处理提取，并对双酚A造粒塔的气流组织进行定量化评估；
S8、采用对双酚A造粒塔内关键截面(6)的最大轴向流速、平均轴向流速、平均流速以及取值线中关键点位(7)的流速分布，定量化判别双酚A造粒塔模拟所得气流组织参数是否满足工艺要求；
S9、对不满足气流组织工艺要求的，提出双酚A造粒塔布风系统的新方案，重复步骤S1-S8，优化造粒塔的气流组织工况。
2.根据权利要求1所述的一种双酚A造粒塔气流组织模拟评估与优化方法，其特征在于：步骤S5中的参数包括气体工质的温度、速度和压力。
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| 尿基熔体造粒高塔内流场分析;吴文华;李接励;刘阿龙;徐静安;陈明良;;化肥工业;20130428(02);全文 * |
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