真空与低温2024,Vol.30Issue(2) :148-156.DOI:10.12446/j.issn.1006-7086.2024.02.007

基于微通道低温精馏技术的丙烯/丙烷混合物分离CFD模拟

CFD Simulation of Propylene/Propane Mixture Separation with Cryogenic Microchannel Distillation Technology

侯钰 王舟 巨永林 王刚 刘锴
真空与低温2024,Vol.30Issue(2) :148-156.DOI:10.12446/j.issn.1006-7086.2024.02.007

基于微通道低温精馏技术的丙烯/丙烷混合物分离CFD模拟

CFD Simulation of Propylene/Propane Mixture Separation with Cryogenic Microchannel Distillation Technology

侯钰 1王舟 2巨永林 3王刚 4刘锴4
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作者信息

  • 1. 上海交通大学 巴黎卓越工程师学院,上海 200240;上海交通大学 制冷与低温工程研究所,上海 200240
  • 2. 上海交通大学 粒子与核物理研究所,上海 200240;上海交通大学李政道研究所,上海 200240;上海交通大学 四川研究院,成都 610213
  • 3. 上海交通大学 制冷与低温工程研究所,上海 200240
  • 4. 上海中元浩微新材料科技有限公司,上海 200240
  • 折叠

摘要

针对相对挥发度低、难以分离的混合物的低温精馏分离过程,建立了一套基于微通道精馏(MCD)的CFD模型并开展了深入的模拟研究.通过多物理场耦合,实现了对丙烯/丙烷两相流在微通道精馏设备内部相变传热和精馏传质过程的模拟.基于麦克斯韦-史蒂芬扩散模型,对不同温度、摩尔浓度条件下混合物的传质系数进行模拟计算.模拟结果显示经过 3.8 mm的微通道精馏设备,可在 170 kPa条件下对冷端 235 K、热端 239 K的液态丙烯/丙烷混合物进行高效分离,将产品丙烷的浓度由 1%提升至 2.1%.对模拟结果进行了优化分析,得到了结构、流场和温度对精馏传质效率的影响.研究成果对微通道低温精馏系统的精馏效率提高具有指导意义.

Abstract

A CFD model based on MicroChannel Distillation(MCD)was built to simulate the separation process of mixtures with low relative volatility.The heat and mass transfer process of propylene/propane two-phase mixture flow in MCD equipment was simulated by multi-physics coupling.The mass transfer coefficients of mixture at different tempera-tures and molar concentrations were simulated based on the Maxwell-Stephan diffusion model.The results show that the li-quid propylene/propane mixture with cold-end 235 K and hot-end 239 K can be efficiently separated under the condition of 170 kPa with 3.8 mm MCD equipment,and the propane concentration of the product can be increased from 1%to 2.1%.The effects of flow field,temperature and structure on the heat and mass transfer efficiency of distillation were obtained.This re-search has important guidance for improving the efficiency of cryogenic MCD system.

关键词

低温精馏/微通道精馏/流场模拟/气液分离/传热传质

Key words

cryogenic distillation/microchannel distillation/CFD simulation/gas-liquid separation/heat and mass transfer

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基金项目

国家自然科学青年基金(52206015)

出版年

2024
真空与低温
中国航天科技集团公司第五研究院510研究所

真空与低温

CSTPCD
影响因子:0.567
ISSN:1006-7086
参考文献量16
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