Abstract A full-scale multi-environment Eulerian CFD model for a countercurrent packed-bed absorber with structured packing Mellapak 250Y was built in ANSYS Fluent 2019 R1 in order to model CO2 capture using physical solvents. The objective of the model is to predict the overall absorber gas-liquid internal flow profiles within the complex packing geometry, while accurately predicting the hydrodynamic parameters, such as liquid holdup and pressure drop. The gas-solid and gas-liquid drag coefficients were fitted and validated using the following experimental data by Green et al. (2006. “Hydraulic Characterization of Structured Packing via X-ray Computed Tomography”; 2007. “Novel Application of X-ray Computed Tomography: Determination of Gas/liquid Contact Area and Liquid Holdup in Structured Packing.” Industrial & Engineering Chemistry Research 46: 5734–53.): dry pressure drop, irrigated pressure drop, and liquid holdup. The validated CFD model was used to study the effect of liquid distributor design on the liquid distribution in the absorber using three distributors provided with seven, thirteen, and twenty orifices of 0.2 mm diameter. The CFD model predictions revealed that the distributor with the largest number of orifices resulted in the least liquid maldistribution in the absorber, which led to increasing the overall CO2 absorption efficiency in Selexol as a physical solvent. Also, the overall CO2 absorption efficiency decreased with increasing the superficial liquid velocity due to the shorter contact times between CO2 and Selexol in the absorber at higher superficial liquid velocities.

中文翻译：

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带有规整填料 Mellapak 250Y 的填充床吸收器中多相流分布的全尺寸 CFD 建模

摘要 在 ANSYS Fluent 2019 R1 中构建了用于使用规整填料 Mellapak 250Y 的逆流填充床吸收器的全尺寸多环境欧拉 CFD 模型，以模拟使用物理溶剂的 CO2 捕获。该模型的目标是预测复杂填料几何结构内的整体吸收器气液内部流动分布，同时准确预测流体动力学参数，如持液率和压降。使用 Green 等人的以下实验数据拟合和验证气-固和气-液阻力系数。（2006 年。“通过 X 射线计算机断层扫描对规整填料的液压表征”；2007 年。“X 射线计算机断层扫描的新应用：规整填料中气/液接触面积和持液率的测定。”工业与 Engineering Chemistry Research 46: 5734–53.)：干压降、灌溉压降和液体滞留量。经过验证的 CFD 模型用于研究液体分布器设计对吸收器中液体分布的影响，使用三个分布器，这些分布器具有七个、十三个和二十个直径为 0.2 毫米的孔口。CFD 模型预测表明，具有最多孔口的分配器导致吸收器中的液体分布不均最少，从而提高了作为物理溶剂的 Selexol 的整体 CO2 吸收效率。此外，由于吸收器中 CO2 和 Selexol 之间的接触时间较短，因此在较高的表观液体速度下，整体 CO2 吸收效率会随着表观液体速度的增加而降低。和液体滞留量。经过验证的 CFD 模型用于研究液体分布器设计对吸收器中液体分布的影响，使用三个分布器，这些分布器具有七个、十三个和二十个直径为 0.2 毫米的孔口。CFD 模型预测表明，具有最多孔口的分配器导致吸收器中的液体分布不均最少，从而提高了作为物理溶剂的 Selexol 的整体 CO2 吸收效率。此外，由于吸收器中 CO2 和 Selexol 之间的接触时间较短，因此在较高的表观液体速度下，整体 CO2 吸收效率会随着表观液体速度的增加而降低。和液体滞留量。经过验证的 CFD 模型用于研究液体分布器设计对吸收器中液体分布的影响，使用三个分布器，这些分布器具有七个、十三个和二十个直径为 0.2 毫米的孔口。CFD 模型预测表明，具有最多孔口的分配器导致吸收器中的液体分布不均最少，从而提高了作为物理溶剂的 Selexol 的整体 CO2 吸收效率。此外，由于吸收器中 CO2 和 Selexol 之间的接触时间较短，因此在较高的表观液体速度下，整体 CO2 吸收效率会随着表观液体速度的增加而降低。经过验证的 CFD 模型用于研究液体分布器设计对吸收器中液体分布的影响，使用三个分布器，这些分布器具有七个、十三和二十个直径为 0.2 毫米的孔口。CFD 模型预测表明，具有最多孔口的分配器导致吸收器中的液体分布不均最少，从而提高了作为物理溶剂的 Selexol 的整体 CO2 吸收效率。此外，由于在较高表观液体速度下吸收器中 CO2 和 Selexol 之间的接触时间较短，因此整体 CO2 吸收效率随着表观液体速度的增加而降低。经过验证的 CFD 模型用于研究液体分布器设计对吸收器中液体分布的影响，使用三个分布器，这些分布器具有七个、十三和二十个直径为 0.2 毫米的孔口。CFD 模型预测表明，具有最多孔口的分配器导致吸收器中的液体分布不均最少，从而提高了作为物理溶剂的 Selexol 的整体 CO2 吸收效率。此外，由于吸收器中 CO2 和 Selexol 之间的接触时间较短，因此在较高的表观液体速度下，整体 CO2 吸收效率会随着表观液体速度的增加而降低。CFD 模型预测表明，具有最多孔口的分配器导致吸收器中的液体分布不均最少，从而提高了作为物理溶剂的 Selexol 的整体 CO2 吸收效率。此外，由于吸收器中 CO2 和 Selexol 之间的接触时间较短，因此在较高的表观液体速度下，整体 CO2 吸收效率会随着表观液体速度的增加而降低。CFD 模型预测表明，具有最多孔口的分配器导致吸收器中的液体分布不均最少，从而提高了作为物理溶剂的 Selexol 的整体 CO2 吸收效率。此外，由于在较高表观液体速度下吸收器中 CO2 和 Selexol 之间的接触时间较短，因此整体 CO2 吸收效率随着表观液体速度的增加而降低。