臭氧氧化反应器流动传质特性的CFD模拟

发布时间：2020-09-07 21:18

　　 煤化工污水成分复杂,可生化性差,易对环境造成严重污染,为了保证煤化工废水近零排放,需要在预处理和生化处理之后,增设深度处理工艺单元。臭氧氧化法是高级氧化技术中的一种,具有氧化能力强、不产生二次污染、矿化度高等优势,是一种有效的深度处理技术。文本围绕提高臭氧利用率,从反应器内构件优化的角度对臭氧深度处理煤化工废水工艺进行了研究和设计。通过计算流体力学(CFD)数值模拟方法深入了解反应器内流动和传质特性,以期为该工艺的放大、优化和工程设计提供理论指导。本论文主要针对电化学-臭氧联合氧化反应器和臭氧鼓泡塔反应器的流动传质特性进行探究,主要研究内容和研究成果如下:(1)电化学-臭氧联合氧化反应器的模拟研究。为强化臭氧的利用率,设计8种内构件结构。考察了各内构件对反应器流动、传质和反应的影响,发现加入内构件后对反应器内流动、传质和反应均有一定的促进作用,其中Square结构的内构件的效果最为明显,能够使液相在阴极附近速度分布均匀,改善没加入内构件时速度梯度较大的情况;对反应器传质速率的提高有明显的促进作用,在设置的5种流速条件下传质系数可提高27%-53%;反应器内臭氧的转化率可提高12%-20%,为最优内构件设计方案。(2)臭氧鼓泡塔反应器的CFD模拟方法。为得到合理模拟结果,考察了气液两相流模拟中对模拟结果影响较大的气泡尺寸模型、曳力模型和湍流模型对鼓泡塔内气含率与液相速度的预测能力。分析发现,单一气泡尺寸模型无法对较高表观气速时反应器内气泡粒径范围广的情况进行正确描述,导致模拟的气含率结果偏低。曳力模型中Schiller-Naumann模型的预测值与模拟值相差较大,而Grace曳力模型对气含率的预测值与实验值最为吻合。湍流模型中RNG k-ε湍流模型与Grace曳力模型搭配模拟得到的气含率结果偏低,Standard k-εmixture湍流模型与Grace曳力模型组合能够对塔内气含率及液相速度实现较高预测能力。(3)臭氧鼓泡塔反应器内构件优化。模拟中发现在鼓泡塔反应器中随着轴向高度的增加平均气泡粒径会增大,导致气液相间面积减小,不利于传质和反应。内构件的加入可以使气泡在上升过程中被破碎,之后进行重新分布,这里内构件起到了类似分布器的作用,对体积传质系数的增长有明显的促进作用,并且可以有效改善鼓泡塔反应器中心区域流速大、气含率高的现象。为反应器的设计和优化提供了依据。
【学位单位】：牡丹江师范学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X784

【参考文献】

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本文编号：2813847