流体力学分析油水分离器 天津大学 徐世民
- 格式:pdf
- 大小:354.70 KB
- 文档页数:6
姓
名
刘春江性别男
出生年
月
1970年1月职称教授
招生专
业
化学工程,化工装备与控制
通信地址:天津大学化学工程研究所
联系电话:27404732
EMAIL:cjliu@
教育背景:1992毕业于天津河北工学院,
1995年和1998年分别获天津大学化学工程专业硕士学位和博士学位。
工作背景:1998年~2001年,天津大学化学工程研究所,讲师
2001年~2007年,天津大学化学工程研究所,副教授
2007年~天津大学化学工程研究所,教授
主要研究方
向化工过程与设备强化,化工计算流体力学,计算传质学,化工装备诊断与优化
主要项目作为项目负责人,承担国家自然科学基金项目4项:规整化多孔介质内气液两相流的微观流动研究(20206021);气液传质系统多尺度关联的计算传质学方法研究(20476072)孔网降膜流动与液膜双面传质的基础研究(20676091)液液两相流动条件下滴膜交替流动过程中瞬态细观传递现象的基础研究(20876105)。
科技部863项目子课题一项:二氧化碳的捕集与封存技术。
天津市自然科学重点基金一项,面上项目一项,企业横向项目10余项。
讲授课程化工过程分析与合成
科研成果获得天津市自然科学一等奖1项,中国科协优秀论文奖一项。
以第一发明人申请发明专利12项,已授权发明专利5项。
近年论文发表情况发表学术论文40余篇,其中以第一作者或通讯作者发表的SCI收录和EI收录论文30余篇,。
海上S油田注入水水质指标室内模拟试验柴世超陈华兴王月杰李婕徐玉霞李想阮新芳中海石油(中国)有限公司天津分公司摘要:针对海上S油田不同储层注水指标调整问题,完成了注入水与不同油组地层水的配伍性室内评价,并且通过悬浮物粒径中值、悬浮物浓度和含油率对岩芯伤害的单因素模拟实验,以及综合水质指标的岩芯伤害实验,对S油田三个油组储层的注水指标进行了优化。
实验结果表明,注入水与各个油组地层水具有较好的配伍性。
S油田储层可接受的注水指标为:悬浮物质量浓度小于10mg/L,含油量小于35mg/L,悬浮物粒径中值小于3μm;或者悬浮物质量浓度小于15mg/L,含油量小于30mg/L,悬浮物粒径中值小于2.5μm。
关键词:油田注水;水质指标;配伍性;悬浮物;优化实验Laboratory Simulation Test of Injected Water Quality Index in Offshore S OilfieldCHAI Shichao,CHEN Huaxing,WANG Yuejie,LI Jie,XU Yuxia,LI Xiang,RUAN Xinfang Tianjin Branch of CNOOC(China)Ltd.Abstract:In view of the adjustment of water injection indexes of different reservoirs in offshore S Oil-field,the laboratory compatibility evaluation of injected water and formation water of different oil for-mations is completed.Through the single-factor simulation experiment of the core damage caused by the median particle size of suspended matter,the concentration and oil content of suspended matter,and the core damage experiment of the comprehensive water quality index,the water injection indexes of the three oil formations in S Oilfield are optimized.The experimental results show that the injected water is well compatible with the formation water of each oil formation.The acceptable water injection index of reservoirs in S Oilfield is that the concentration of suspended solids is less than10mg/L,the oil content is less than35mg/L,the median particle size of suspended solids is less than3μm;or the mass concentration of suspended solids is less than15mg/L,the oil content is less than30mg/L,and the median diameter of suspended solids is less than2.5μm.Keywords:oilfield water injection;index of water quality;compatibility;suspended solids;optimi-zation experiment注水工作是渤海油田持续稳产3000×104t系统工程的一个重要环节,S油田作为主力开采区域,应建立科学合理、统一的水质标准,对平台注水处理设施存在的问题提出整改意见,确保油田注好水。
化工原理课后习题答案第一章流体流动2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品,油面高于罐底 6.9 m,油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔,其中心距罐底 800 mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ,问至少需要几个螺钉?分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解:P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉3.某流化床反应器上装有两个U 型管压差计,如本题附4. 本题附图为远距离测量控制装置,用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
已知两吹气管出口的距离H = 1m,U管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820Kg/㎥。
试求当压差计读数R=68mm时,相界面与油层的吹气管出口距离h。
分析:解此题应选取的合适的截面如图所示:忽略空气产生的压强,本题中1-1´和4-4´为等压面,2-2´和3-3´为等压面,且1-1´和2-2´的压强相等。
根据静力学基本方程列出一个方程组求解解:设插入油层气管的管口距油面高Δh在1-1´与2-2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4,P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh , P4 = ρ水g(H-h)+ ρ煤油g(Δh + h)联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g(H-h)+ ρ煤油g(Δh + h)-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)h= 0.418m5.用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压,U管压差计的指示液为水银,两U管间的连接管内充满水。
负压诱导油水加速分离过程分析
张银东;孙玉清;侯解民;李文华
【期刊名称】《中国石油大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2007(031)002
【摘要】为改善油水分离的效果,利用泵吸产生的负压将含油污水吸人曲板组成的流道内,使油滴在曲面的导流作用下进入分离空间并获得向上的运动速度.对此油水分离过程中油滴浮升的动力学模型进行了分析.结果表明,油滴在具有向上初始运动速度后,浮升速度会增加,并且油滴的粒径越大,加速分离的效果越明显.
【总页数】4页(P114-116,125)
【作者】张银东;孙玉清;侯解民;李文华
【作者单位】大连海事大学,轮机工程学院,辽宁,大连,116026;大连海事大学,轮机工程学院,辽宁,大连,116026;大连海事大学,轮机工程学院,辽宁,大连,116026;大连海事大学,轮机工程学院,辽宁,大连,116026
【正文语种】中文
【中图分类】X55
【相关文献】
1.油水分离器的杯形对油水分离效果实验研究 [J], 韩洪升;林浩然;刘景宇;安明飞
2.基于阻截式油水分离膜的溢油油水分离与回收系统研究 [J], 徐鹏;石小军;邹云飞;叶伟;程磊
3.基于多变量SFPC的油水分离时滞控制过程分析 [J], 徐建军;闫丽梅;高丙坤;孙玉华
4.轻油油水分离器油水分离问题分析及优化 [J], 张晓明;赵斌;张沛鑫;宁伟彪;梅城
5.DF_4型内燃机车总风缸和油水分离器排污塞门的改进DF4型内燃机车总风缸和油水分离器排污塞门的改进 [J], 孟庆柱;董智恒;郭磊
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
CFD优化精馏塔板液流状况的研究刘德新1,李鑫钢1,2,徐世民1,2(1 天津大学化工学院,天津300072;2 精馏技术国家工程研究中心,天津300072)摘要:应用计算机对过程的模拟(仿真)研究是过程系统工程(Process Systems Engineering,简称PSE)的重要组成部分,本文应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)模拟研究了液流强度和堰径比对精馏塔板液流状况的影响,并且提出了改进塔板液流状况的两种方案:设置不等高入口堰和设置圆弧型的导流板,从模拟结果可以看出,以上两种方案都能够很好的达到优化塔板液流状况的目的。
关键词:精馏塔板液流状况回流区堰径比不等高入口堰导流板CFD Used in Improving Liquid Flow on Distillation TrayLiu Dexin1,Li Xingang1,2,Xu Shimin1,21.Department of Chemical Engineering, Tianjin University, Tianjin 3000722.National Engineering Research Center for Distillation of Tianjin University Tianjin 300072) Abstract: CFD was applied to improve flow of liquid on distillation tray in this paper, and the factors effected liquid flow were analyzed such as liquid flow and the ration of weir to diameter. Based on these results, some methods are suggested and simulation results show that placement of suitable inlet weir with unequal height or guide plates can effectively reduce restrain retrograde flow to achieve uniform liquid flow on the whole tray.Key words: Distillation trays, flow situation of liquid, restrain retrograde flow, ration of weir to diameter, guide plates, inlet weir with unequal height.过程系统工程(Process Systems Engineering,简称PSE)是在系统工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术等学科的边缘上产生的一门综合性学科,它以处理物料—能量—信息流的过程系统为研究对象,过程的模型化和模拟式过程系统工程的重要组成部分[1]。
过程控制工程课程小设计——油水分离器自控设计指导教师:施云贵老师班级 : 11自动化《2》姓名 : 徐辽学号 : 096小组成员任务分配徐辽小组长,分配任务徐本波徐帆流程图分析及控制方案的选择吴柏银谢凯凯 CAD带控制点的工艺流程图绘制邢佳君吴子健仪器仪表选型徐辽谢斌设计构思及报告整理目录第一章工艺简介 (2)第二章控制原理及方案的选择 (3)2.1 确定控制目标2.2 确定测量参数第三章仪器仪表型号的选择 (5)第四章调节阀的选择 (9)结论 (10)附录 (10)带控制点的工艺流程图 (11)第1章工艺简介1.1工艺流程及简要说明油水分离器是吉化炼油厂催化裂化车间的一个装置,其工艺流程如图 2.8所示。
油水分离器的进料来自催化工段分馏塔(T—2003)的反应油气,进入油水分离器后,反应油气分出三种物料,即富气(气体)、粗汽油(液体)、水。
而粗汽油的密度小于水,且粗汽油不溶于水,在油水分离器中分成两层,上层为汽油,下层为水。
水则由油水分离器底部管线W-03放掉;粗汽油则从管线W-06出料,然后分成两部分,一部分作为冷回流,一部分作为产品去下一工段;富气则从分离器顶部管W-04被富气压缩机抽掉。
附图油水分离器工艺流程图1.2有关数据和已知条件①油水分离器液面调节通道的动态特性可以近似地看成一阶惯性环节的对象。
设其放大倍数KP=0.8,T=0.7分。
②粗汽油:流量Qmax =60m3/h, QC=48m3/h,压力P=12kpf/cm2,T=70℃。
③分离水:流量Qmax=15m3/h,压力P=2kpf/cm2, T=70℃。
④粗汽油密度ρ=0.8/cm3⑤本装置在室内安装,要求用就地仪表盘。
⑥要求记录粗汽油量、反应来油气温度、油水分界面高度、粗汽油液面。
⑦泵后要求现场指示压力。
⑧要求控制粗汽油液面、油水界面、粗汽油流量不能变化太大。
⑨设计尺寸如下图所示。
第2章控制原理及方案的选择油水分离器的进料来自催化工段分馏塔(T—2003)的反应油气,进入油水分离器后,反应油气分出三种物料,即富气(气体)、粗汽油(液体)、水。
CFD优化精馏塔板液流状况的研究刘德新1,李鑫钢1,2,徐世民1,2(1 天津大学化工学院,天津300072;2 精馏技术国家工程研究中心,天津300072)摘要:应用计算机对过程的模拟(仿真)研究是过程系统工程(Process Systems Engineering,简称PSE)的重要组成部分,本文应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)模拟研究了液流强度和堰径比对精馏塔板液流状况的影响,并且提出了改进塔板液流状况的两种方案:设置不等高入口堰和设置圆弧型的导流板,从模拟结果可以看出,以上两种方案都能够很好的达到优化塔板液流状况的目的。
关键词:精馏塔板液流状况回流区堰径比不等高入口堰导流板CFD Used in Improving Liquid Flow on Distillation TrayLiu Dexin1,Li Xingang1,2,Xu Shimin1,21.Department of Chemical Engineering, Tianjin University, Tianjin 3000722.National Engineering Research Center for Distillation of Tianjin University Tianjin 300072) Abstract: CFD was applied to improve flow of liquid on distillation tray in this paper, and the factors effected liquid flow were analyzed such as liquid flow and the ration of weir to diameter. Based on these results, some methods are suggested and simulation results show that placement of suitable inlet weir with unequal height or guide plates can effectively reduce restrain retrograde flow to achieve uniform liquid flow on the whole tray.Key words: Distillation trays, flow situation of liquid, restrain retrograde flow, ration of weir to diameter, guide plates, inlet weir with unequal height.过程系统工程(Process Systems Engineering,简称PSE)是在系统工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术等学科的边缘上产生的一门综合性学科,它以处理物料—能量—信息流的过程系统为研究对象,过程的模型化和模拟式过程系统工程的重要组成部分[1]。
在集成化过程系统中,根据某种目标要求,将过程最优化,产生最佳的效果,就必须对涉及到的各种因素进行定量的数学描述,以将过程最优化,并预测未来的效果。
随着计算机技术的不断发展,诸如计算流体力学等计算机对过程的模拟(仿真)研究,因为其重复性好、效率高、节省大量的人力和物力,在现代化的过程系统工程中占有重要的地位。
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是流体力学理论研究的一个分支,它是涉及流体力学、偏微分方程的数学理论、计算几何、数值分析、计算机科学等的交叉学科[2]。
20世纪70年代以来,随着计算机的普及以及计算能力的不断提高,加上近似计算方法如有限体积法、有限元法、边界元法等的发展,CFD已经被广泛的应用于过程工业的模拟(仿真)研究。
精馏操作广泛存在于化工、石油、制药及冶金等各行业,是一种重要的化工单元操作[3],板式塔是精馏操作的主要设备。
然而,由于其特定的结构,即存在弓形降液管和两侧弓形区,使塔板不可避免地存在滞流区或回流区,导致塔板上气体与液体的传质速率下降。
关于板式塔塔板上液流不均匀问题,许多学者通过试验早已有所研究[4][5](如图1所示),虽然有研究者为了消除板面非均匀流动状态,提出过改进板面结构以改善液流分布的若干措施[6][7],但是因为实验量大,且重复性差,并没有达到最优化塔板液流状态的目的。
本文应用CFD 商用软件STAR-CD 模拟研究了影响精馏塔板上液流状况的几种因素,并且在此基础上提出了优化塔板上液流状况的措施,以期达到最优化塔板液流状况的目的。
1 数学模型1.1 拟单相流模型精馏塔板两相流操作时,塔板上气液错流流动,由于现阶段两相流模拟计算准确度不高、难收敛等状况,本文选用准确度较高的文献[8]提出的拟单相流模型进行计算。
模型包括加入气相对液相鼓动作用的动量方程和ε−k 输运方程,得到描述三维流场的拟单相流模型。
模型采用SIMPLE 算法求解压力速度耦合方程。
边界条件包括塔板中心处的对称边界条件,塔板进口的液体入口边界条件,塔板出口的液体出口边界条件,以及塔壁和塔板表面的壁面边界条件,方程和边界条件的具体表达式参见文献[8]。
模拟过程中采用介质水,模拟参数的变化范围如下:L w /D =0.6~0.7,F s =0.462Pa ,Q L =5~15×10-3m 3/(ms ),h w =50mm ,并且将模拟结果和文献[9]的结果进行对比,以验证它的正确性。
1.2 计算网格网格的划分是整个CFD 模拟计算的基础。
本文采用贴体网格对塔板进行网格划分,Solari et al [10] [11]观察到塔板流场是左右对称的,所以本文只计算对称的半个塔板,网格划分图如图2所示。
所模拟的塔板直径2.44m ,堰长1.46m ,液体在塔板内流程为1.95m ,根据美国化学工程师协会(AICHE )提出的方法估算塔板上清液层的高度作为塔板流场的高度,表达式如下:w L s w l l Q F h h /45.20135.0189.00149.0+−+=[12][13]。
图1 单溢流塔板板面流动示意图 图2塔板网格划分图 2 模拟结果与讨论影响板式塔板面液体不均匀流动的因素很多,本文着重考察了堰径比L w /D 、液流强度Q L 的影响,得出了它们对塔板液体流动情况的影响规律。
2.1 液流强度的影响A BA 塔板流场等值线分布图,B 回流区的速度矢量局部放大图图3 液流强度Q L =0.015m 3/sm , F s =0.462Pa , h w =50mm 时模拟计算结果图3为液流强度Q L =0.025m 3/(sm)时模拟计算结果,包括塔板流场等值线分布图和回流区速度矢量局部放大图。
图4表示了液流强度Q L 对塔板上液流情况的影响,试验数据取自文献[9]。
从图中可以看出,模拟结果和试验结果吻合较好。
塔板上回流区面积分数是随塔板上液流强度的增加而增加的,在本文模拟的条件下,Q L =0.005m 3/ms 时,塔板上回流区面积最小。
这是因为液流强度小时,塔板上回流区和主流区液流速度梯度很小,且此时降液管的集液作用不是很明显,所以回流区较小。
随着液流强度的增加,回流区和主流区液流速度梯度增加,而且降液管的集液作用增强,所以回流区也随之增加。
2.2、堰径比的影响图5表示了不同堰径比对塔板液流情况的影响。
从图中可以看出,堰径比为0.7时塔板上液流情况好于堰径比为0.6时,这是因为堰径比大时,塔板上弓形区面积小,并且降液管的集流作用不明显,所以塔板上回流区小。
在相同堰径比条件下,塔板上回流区面积分数是随塔板上液流强度的增加而增加。
510152000.010.020.03Ql (m3/sm )回流区面积分数(%)510152000.010.020.03Ql (m3/sm )回流区面积分数(%)图4不同液流强度Q L 对塔板液流情况的影响 图5 不同堰径比对塔板液流情况的影响(h w =40mm,Lw/D =0.6, F s =0.462Pa ) (h w =40mm, F s =0.462Pa )3 塔板液体流动状况的改进从上述模拟结果可以看出,不同液流强度和堰径比下,塔板上均存在着相当的回流区,从而影响塔板效率。
塔板上液体流动状况不均匀的原因在于,降液管的集液作用和圆塔的几何结构,为了改善塔板上液体不均匀的流动状态,本文针对以上两点原因模拟计算了以下两种工程措施。
3.1 设置不等高入口堰510152005101520入口堰斜度系数(%)回流区面积分数(%)图6 设置不等高入口堰的示意图 图7不同入口堰斜度系数对塔板液流情况的影响(h w =40mm,L/D =0.6,Q L =6×10-3m 3/s )圆形塔板除了主流区外存在两个弓形区,液体在弓形区内形成折返流,所以形成回流区。
为了抑制塔壁两侧弓形区发生的液体回流,设置不等高入口堰,适当降低入口堰两侧的高度,以恰当地增加塔板两侧的液流量,使弓形区内的液体流速增加,可有效消除弓形区的回流现象。
图6为设置不等高入口堰的示意图。
在这里,入口堰所开缺口的面积与入口堰面积之比,即入口堰斜度系数的合理选择是板面液流均匀性的关键。
入口堰斜度系数与堰径比、出口堰高度、降液管底隙高度和液流强度等参数有关,目前具体的关联公式还未见报道。
本文模拟计算了直径2.44m ,堰径比为0.7,降液管底隙高度为30mm ,出口堰高度为40mm ,液流强度为6×10-3m 3/ms 时,不同入口堰斜度系数对塔板液流情况的影响。
A BCD E F图8 不同入口堰斜度系数模拟计算结果 (A~F 分别为入口堰斜度系数为2.3%、4.6%、9.2%、11.5%、13.9%、18.5%时计算得到速度矢量图的局部放大图)图7为不同入口堰斜度系数下回流区占塔板面积的分数图,图8为不同入口堰斜度系数模拟计算结果。
从图中可以看出,随着入口堰系数的增加,回流区的面积不断减小,塔板上液体流动情况等得到不断的改善。
当入口堰斜度系数达到11.5%时,塔板上的回流区基本消失,但是在弓形区内产生了滞流区。
随着入口堰系数的增加,滞流区面积不断减小。
当入口堰斜度系数达到18.5%时,塔板上滞流区基本消失。
塔板上液体流动情况最佳。
3.2、设置导流板图9 设置导流板的示意图图10 设置导流板后模拟计算结果液体在塔板上主流区成活塞流,在弓形区成回流,主流区的传质效率明显高于弓形区。
为了改善塔板上液体的流动状况,提高塔板的传质效率,可以通过在塔板上设置导流板,使整块塔板上的液体流动成活塞流。