旋流式液气分离器的设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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旋流式液气分离器的设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】,旋流式液气,分离器,设计,说明书,CAD,SOLIDWORKS
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长江大学毕业设计开题报告题 目 名 称 旋流式液气分离器的设计 院 （系） 机械工程学院 专 业 班 级 装备10901班 学 生 姓 名 狄磊 指 导 教 师 张 琴 辅 导 教 师 张 琴 开题报告日期 2013年4月19日 旋流式液气分离器的设计 学 生：狄磊，长江大学机械工程学院 指导老师：张琴，长江大学机械工程学院1 题目来源生产实践。 2 研究目的和意义随着环保法规的逐步健全和人们环保意识的不断提高，环境问题日益得到关注，污水、污泥、废气等的处理也越来越受到政府部门、生产单位的重视。另外，在企业生产过程中，也不可避免地涉及到混合介质的分离处理过程，在石油石化工业中，为了满足计量，加工储存和长距离输送的需要，必须将石油按液体和气体分开，这个过程通常在分离器和塔器中进行，因此气液分离器是油田和炼油厂中使用最多、最重要的压力容器设备之一。 气液旋流分离技术作为一种结构简单、新型、高效、紧凑的气液分离技术，具有阻力小，耗能少，分离效率高等优点，已成为工业新型气液分离技术的热点。正成为石油、天然气开采工业井口、井下油气分离的重要设备，并被广泛应用于压缩空气中的油水分离、生物发酵以及食品工业的尾气处理、工业废气的净化处理、化工生产以及环境工程中的气液分离等工艺中，显示了良好的工程应用前景。3 阅读的主要参考文献及资料名称1金向红,金有海,王建军,王正方.气液旋流分离技术的研究J.新技术新工艺.2007，第8期：85882倪玲英,尹兆娟,张新军,陆诗建,刘晓成.气-液旋流分离器流场数值模拟研究J.过滤与分离.2010，第20卷第2期：24253金向红,金有海,王建军,孙治谦,陈新华.气液旋流器的分离性能J.中国石油大学学报（自然科学版).2009，第33卷第5期：1241284蒋明虎.旋流分离技术研究及其应用J.大庆石油学院学报.2010，第34卷第5期：1011085寇杰.柱状气液旋流分离器的研究现状及应用前景J.石油机械.2006，第34卷第4期：71736汪秀敏,金向红.气-液旋流分离器内气相时均流场的试验研究J.石油机械2009，第37卷第5期：9117曹学文,林宗虎,黄庆宣,寇杰,王胜利.新型管柱式旋流气液分离器的设计与应用J.油气田地面工程.2001，第20卷第6期8金向红，金有海，王振波, 王建军.筒体结构对轴流式气液旋流器分离性能的影响J.流体机械.2008，第36卷第01期：10139孙磊磊，袁惠新，马璨，杨振东.旋流式液-气分离器性能的研究 J.矿山机械.2008，第36卷第23期：9710010王红玲,一种新型的气液旋流分离器设计J.机械设计与制造.2009，第8期：353811任相军,王振波，金有海.轴流式气液旋流分离器分离性能试验研究J.石油化工设备.2009，第38卷第3期：162012寇杰,宫敬,曹学文.圆柱式气液旋流分离器的性能评价J.中国石油大学学报（自然科学版）.2008，第32卷第4期：9910213王振波,金有海.导叶式气液旋流分离器试验研究J.流体机械.2006，第34卷第3期：71014金向红,金有海,王振波,王建军.导叶角度对轴流式气液旋流器分离性能的影响J.石油机械.2008，第36卷第2期：1515张智勇,崔旭阳,刘文,周芳德.圆管气-液旋流分离器的数值模拟J.油气储运,2012，第31卷第6期：43544016E.S.Rosa F.A.Franc G.S.Ribeiro The cyclone gasliquid separator: operation and mechanistic modeling J.Petroleum Science and Engineering.32 (2001) 8710117Movafaghian S. Jaua-Marturet J A. Mohan R S The effects of geometry,fluid properties and pressure on the hydrodynamics of gas-liquid cylindrical cyclone separatorsJInternational Journal of Multiphase Flow 26 (2000) 999101818M.Creutz,D.Mewes A novel centrifugal gas-liquid separator for catching intermittent flowsJInternational Journal of Multiphase Flow 24 (1998) 1057107819Cristobal Cortes, Antonia Gil Modeling the gas and particle flow inside cyclone separatorsJProgress in Energy and Combustion Science 33 (2007) 40945220Atakan Avci, Irfan Karagoz Effects of flow and geometrical parameters on the collection effciency in cyclone separatorsJAerosol Science 34 (2003) 9379554 国内外现状和发展趋势 旋流分离器，是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相分离的机械分离设备。在具有密度差的混合物以一定的方式及速度从入口进入旋流分离器后，在离心力场的作用下，密度大的相被甩向四周，并顺着壁面向下运动，作为底流排出；密度小的相向中间迁移，并向上运动，最后作为溢流排出。这样就达到了分离的目的。目前，对于气一液旋流分离的研究主要可分为4类，即：1. 气一液旋流分离技术应用试验研究，包括1) 管柱式气-液旋流分离器(Gas-Liquid Cylindrical Cyclone简写GLCC)2) 螺旋片导流式气液分离器(Cyclone Gas-Liquid Separator简写CS)3) 轴流导叶式气液旋流分离器4) 管道式气液旋流分离器2. 旋流分离器内部气液两相流场的测量研究3. 气-液两相流动数学模型理论研究4. 旋流器CFD模拟研究4.1国外现状和发展趋势气-液旋流分离技术应用的试验研究1979年，Davies和Watson研制了管柱式气-液旋流分离器，是由垂直的筒形容器，安装了一个向下倾斜27切向进口管，上部出气管，下部排液管。切向进口给混合物提供了一个涡旋运动，气-液两相由于重力和离心力的综合作用，液体被驱向筒壁并向下从底部流出，气体径向向旋流器的中心流动并从顶部排气管离开分离器。海上采油代替传统的分离器，在改善分离性能的同时降低了成本。1995年，Kouba等将GLCC用于多相流量计量，经过GLCC分离后的气液两相分别用单相流量计计量，然后再合并，避免了多相流测量中的问题；GLCC在地面和海上油气分离、井下分离、便携式钻井设备、油气泵、多相流量计、天然气输送以及火炬气洗涤等具有巨大的潜在应用。1996年，Franca等研制了螺旋片导流式气一液旋流分离器，直接在井口将气液进行分离，增加了采油同收率，分离后的气体和液体用不同的管道输送各相，使石油和气体分别经过各自的管道进入储油罐和储气罐，降低了多相流输送时易出现的断续流、堵寒和沉积等典型问题。旋流分离器内部气液两相流场的测量研究 这一领域最早的研究之一是Nissan和Bressan，1961年他们用2个切向人口将水注入管子，其切向动量与轴向动量之比为8，用探针对管内涡旋流场进行了测量，发现在管子核心区域有一个逆向流动区。 Erdal(2002)采用多普勒激光测速仪对GLCC内的重相气液两相旋流的流场进行了测量研究，他的测量显示对于单切向进口的旋流器，由于进口效应的影响，其流场是非轴对称的，中心强制涡流区绕旋流器中心线呈螺旋状。而双进口结构的流场比单进口结构呈现更好的对称性。气-液两相流动数学模型理论研究 对于单相流动的机理模型对应于场控制方程用公式表达，在连续力学上已经建立得很好，主要由质量守恒、动量守恒和能量守恒三大控制方程构成。而两相流的系统研究从上世纪40年代才开始，60年代以后，越来越多的学者开始对关于描述两相流运动规律的基本方程进行探讨，描述两相流动的数值模型也从简单到复杂。2002年，Gomez采用离散颗粒模型计算GLCC中的气泡运动轨迹，预报分离时液相出口中的气体央带(GCU)现象以确定GLCC的操作范围。经CFD计算结果与LDV实验测定结果列照，能够较好的预报GLCC巾的流动特性。旋流器CFD模拟研究L.EGomez(2003)在颗粒轨迹模型的基础上对重相气液两相旋流分离巾颗粒运动轨迹分布进行了数值模拟计算，并预测了GLCC中气泡夹带和操作性能的情况。4.2国内现状和发展趋势气一液旋流分离技术应用的试验研究 2005年，中国石油大学多相流实验室研制了轴流导叶式气液旋流分离器，与切向进口的GLCC和CS相比其采用轴向进料，旋转流由导向叶片产生，从而使旋转流保持稳定，并有助于维持层流特性，而且其显著特点是阻力损失较小。当采用轴向进料时，结构更加紧凑，适宜于井下狭长空间环境的安装操作。旋流分离器内部气液两相流场的测量研究 2007年，中国石油大学多相流实验室采用APV(Adaptive PhaseDoppler Velocimmer)对轴流导叶式旋流分离器内轻相气液两相流场进行了测定。所有测定结果都得到了相似的流场分布趋势，即旋流器内部切向速度呈准Rankine涡结构，且沿轴向衰减。轴向速度将流动区域分为向上的内旋流和向下的外旋流，当进口涡旋强度较高时，在中心会出现向下的流动区。湍流强度分布是涡旋核心湍流强度最大，外区趋于定值，而在边壁处升高。流场实验测定数据和CFD模拟研究都证实，由于核心强制涡的影响，旋流器的湍流脉动是各相异性的。4.3研究的主攻方向 本课题主要方向为，旋流式液-气分离器的设计。5 主要研究内容及研究思路5.1主要研究内容：设计旋流式液-气分离器。主要包括：设计方案设计设备定尺计算（分离器直径、高度、性能、液面高度等）结构设计及强度计算（入口、主体结构、出口管设计分析）液气分离器分离性能预测壳体的有限元分析5.2需重点研究的关键问题及解决思路： 需重点研究的问题为，入口管的设计，由于管柱式旋流分离器主要以高旋流产生的离心力来实现气液的高效分离，而入口结构决定了分离器的气液分布及其初始切向入口速度的大小，因此入口结构和尺寸是影响管柱式旋流分离器实现气液分离的关键。管柱式旋流分离器的入口主要由入口管、喷嘴和入口槽3部分组成。 在曹学文等新型管柱式旋流气液分离器的设计与应用提出用倾斜向下的入口管替代传统的垂直结构，指出入口管倾角以-27为宜。同时指出在入口喷嘴分析中，不同入口开槽结构（矩形、同心圆形及新月形），同心圆形喷嘴（缩口管）结构的分离特性最差，而矩形结构喷嘴的分离效果最佳，新月形结构喷嘴的分离效果与矩形喷嘴接近，由于矩形槽结构加工困难，推荐采用新月形结构。 金向红等的气液旋流分离性能中，认为气液旋流分离过程是旋流场中液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程。加强液滴的聚结，降低液滴的破碎几率是增大分离效率的有效途径。液体的黏度对液滴的破碎有很大的影响，液滴黏度越大越不易破碎，其分离效率和临界流量都越大。气液旋流分离过程有一个临界流量，当流量低于这一值时，流场湍流度较低，液滴破碎几率较低，分离效率随流量的增加而上升。当流量高于这一值后，筒壁处的剧烈湍流导致大量聚结后的液滴破碎，分离效率急剧下降。在旋流器的实际应用中，应该找出其分离性能的临界点，使其处理量，物料的浓度与压力降等几个参数达到一个最好的集合点，才能发挥出旋流器最大的分离性能。 可以通过查阅资料以及相关的经验公式，借鉴一些好的旋流器方面的应用，来解决相关的问题。6 完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决办法6.1必须具备的工作条件6.1.1资料旋转流分离理论水力旋流器流场理论分离机械化学工程手册压力容器与化工设备实用手册化工容器及设备简明设计手册化工容器及设备6.1.2原始数据日处理液量：8600m3/d日处理气量：860m3/d工作压力：0.8MPa最大压力：1.2Mpa可分离气泡直径：0.8mm6.1.3软件Ansys、Autocad6.2解决的办法 去图书馆借阅相关书籍，在网上查找相关资料。7 工作的主要阶段、进度与时间安排第六周 （4月1日-4月7日
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