摘要
氧化塔是蒽醌法制取过氧化氢的关键设备之一，它主要承担将氢化液进行氧化反应生成过氧化氢的过程。本文针对现有空塔氧化塔存在氧化收率低的问题，分析了氧化收率的影响因素，开展了气体分布器的气速均匀性以及氧化塔内轴向液速与气含率的两相流的模拟分析，并根据模拟分析结果对整体结构进行优化设计。本论文的主要工作内容如下： （1）根据蒽醌法制取过氧化氢氧化工序的工况要求，对蒽醌法氧化塔氧化收率的影响因素进行了分析，主要包括气体分布器的分散效果以及液相轴向返混对其的影响。通过对多种气体分布器的结构及适用范围进行对比分析，选用多环管结构作为本文氧化塔的气体分布器；根据液相轴向返混产生的原因，分析了其对氧化收率的影响以及行业对液相返混问题常采取的措施，本文采用横向分割的方法作为模拟对象。 （2）对气体分布器的分散效果进行了气速均匀性数值模拟。根据气体分布器内气相流场的分布状况，分析了变化分布管管径和变化分布孔孔径对喷嘴气速均匀性的影响。得到结论：当分布管管径采取正向变化时，对气体分布器的气速均匀性效果要比逆向变化好；当分布孔孔径采取逆向变化时，对气体分布器的气速均匀性效果要比正向变化好；但对于变分布管管径和变分布孔孔径都可以有效改善气体分布器的气速均匀程度。 （3）为了探究氧化塔内的液相返混状况，对局部气含率和轴向液速两个流动参数进行了分析，研究其受轴径向位置、表观气速及内构件等因素的影响。得到结论：局部气含率和轴向液速随表观气速的增加而增加。局部气含率随轴向位置 h/D 高度的增加而增加，在半径方向上随径向位置r/R增加而减小；内构件的加入使局部气含率在径向位置上分布更加均匀。轴向液速随轴向位置h/D高度的增加呈现先增加后减小的趋势；液体在径向位置上存在上升区和下降区，液体运动方向的转折点在径向位置r/R=0.7-0.8之间；内构件的加入使液体运动方向的转折点向壁面方向推移，液相循环尺度变小，液相返混程度降低。 （4）基于流场分析结果以及具体工况要求对蒽醌法氧化塔进行了结构优化设计。对气体分布器采取了变化分布管管径以及变化分布孔孔径的设计，并设计垂直叠加交叉V形内构件来改善氧化塔内轴向返混问题。对氧化塔其他关键部位进行优化设计，设计了多向折板结构的气液分离器，减轻后续分离设备的压力和合理利用塔上部多余空间；换热装置采用可拆卸内置三式一组的结构，既可以带走大量反应热，也可以方便检修与拆装。
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