氨氣化學吸收過程氣液兩相流的數值模擬

張海亮，鄭曉明，何小榮

(蘭州石化職業技術學院 石油化學工程學院，甘肅 蘭州 730060)

氨氣是尿素醇解法(尿素與乙二醇的酯化)制備碳酸乙烯酯(重要的精細化工中間體)反應的副產物[1]。工業生產中，常將氨氣在鼓泡塔中通過磷酸的化學吸收而除去，以推動正反應進行，達到提高主產物碳酸乙烯酯收率的目的[2]。因氨氣與磷酸的反應速率極快，因此，該化學吸收過程受NH3向磷酸的傳質過程控制，強化傳質是提高NH3吸收效率的關鍵。工業上常采用強烈的機械攪拌，起到強化傳質過程的作用，其原因是攪拌能增大氣液兩相的湍動度，并且能夠拉伸、分解氣液相界面，從而增大相界面積，使等量氣體在盡可能短的時間內進入相界面參與傳質。

NH3在吸收塔內的鼓泡吸收過程是典型的氣液兩相流動過程。計算流體動力學 (Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD)是氣液兩相流問題的重要研究方法，其實質是通過求解質量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程等流體力學的基本控制方程[3]，從數值模擬的角度來實現對流體流動及傳質傳熱特征的研究。本文應用CFD商用軟件FLUENT6.3，對攪拌條件下NH3在磷酸中鼓泡吸收的氣液兩相流過程及吸收傳遞特性進行了數值模擬，為NH3化學吸收效率的強化提高提供了理論研究依據。

模擬計算過程分兩步進行：

(1)應用多重參考系(MRF)模型[4]模擬得到攪拌吸收過程的三維流場。

(2)通過加載固定值邊界條件的UDF(User Defined Function)程序，建立等同于三維流場值的準三維初始流場。在準三維流場下，應用流體體積函數(VOF)多相流模型[5]，并加載傳質及非均相反應UDF程序，來模擬NH3的鼓泡吸收過程?！?br>