喷射式超重力旋转床结构优化及性能研究

论文摘要

超重力旋转床（又称RPB）作为新型高效的气液传质设备,利用离心力场对传质过程进行极大的强化,已广泛应用于吸收、解吸、精馏、萃取和纳米粉体材料制备等领域。喷射式超重力旋转床是新开发的具有独特结构的超重力旋转床,其核心部件是转子和盘管式液体分布器,转子由静盘和装有一系列同心圆环的动盘构成。与常规旋转床相比,喷射式超重力旋转床只有下盘旋转,上盘静止,可以方便地在静盘上设置进料口和在一台设备内同轴串联多个转子,因而可应用于连续精馏过程。在超重力旋转床中转子是最重要的部件,不同的转子结构决定旋转床的性能。在常压、全回流条件下,采用乙醇-水体系对喷射式旋转床5种不同转子结构的传质性能进行研究,考察气相动能因子、喷淋密度、转速和转子结构对喷射式旋转床传质性能的影响。采用空气-水体系对三层复合板式的喷射式旋转床的流体力学和功率消耗进行研究。实验结果表明:（1）5种不同转子结构的喷射式旋转床传质效率均随F因子、喷淋密度和转速增大出现极大值,存在最佳操作条件;大开孔率的圆孔板式动圈有利于传质;三层复合板式动圈传质效果最好,每米理论塔板数在30～50块之间。（2）喷射式旋转床转子外端存在气相端效应,此处传质效率较高;盘管式液体分布器能显著改善液体在转子内的周向和轴向初始分布,显著提高喷射式旋转床的传质效率。（3）喷射式旋转床气相压降随F因子和转速增大而增大;喷淋密度对压降影响较小;采用气体雷诺数、液体雷诺数和转速雷诺数的经验关联式对两种转子结构的喷射式旋转床气相压降进行关联,平均误差在10%以内,关联式计算值与实验值吻合较好。（4）喷射式旋转床轴功率消耗随液体流量和转速增大而增大,随气体流量增大而减小;甩液功率占轴功率的20%～70%,甩液功率占轴功率的比例随液体流量和转速增大而增大。（5）5种转子结构中,三层复合板式转子具有传质效率高、比压降低和功率消耗低的特点,是喷射式旋转床较理想的转子结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 超重力旋转床概述
• 1.2.1 超重力旋转床原理及特点
• 1.2.2 超重力旋转床装置的结构与类型
• 1.3 超重力旋转床基础理论研究
• 1.3.1 超重力旋转床流体力学性能研究
• 1.3.2 超重力旋转床传质性能研究
• 1.3.3 端效应
• 1.3.4 旋转床功率消耗研究
• 1.4 超重力旋转床应用情况
• 1.5 本论文的选题背景、目的及内容
• 1.5.1 本论文选题背景
• 1.5.2 本论文研究的目的
• 1.5.3 本论文研究的内容
• 第二章 喷射式旋转床传质性能研究
• 2.1 喷射式旋转床介绍
• 2.1.1 喷射式旋转床转子结构
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验中选用的主要仪器及设备
• 2.2.2 实验流程及说明
• 2.2.3 实验内容
• 2.2.4 实验步骤
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 实验数据处理
• 2.3.2 转子结构对喷射式旋转床性能影响
• 2.3.3 盘管式液体分布器对旋转床性能的影响
• 2.3.4 转子轴向高度对旋转床性能的影响
• 2.3.5 端效应
• 2.3.6 每米理论塔板数关联式
• 2.4 本实验结果与文献报道结果对比
• 2.5 热模转子压降关联式
• 2.5.1 热模转子压降经验关联式
• 2.5.2 计算结果与实验结果的比较
• 2.6 本章小结
• 第三章 喷射式旋转床流体力学性能研究
• 3.1 喷射式旋转床转子结构
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验中选用的主要实验仪器及设备
• 3.2.2 实验流程
• 3.2.3 实验内容
• 3.2.4 实验步骤
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 无气流无液流时旋转床的干床压降
• 3.3.2 气相动能因子对喷射式旋转床干床气相压降的影响
• 3.3.3 气相动能因子对旋转床湿床气相压降的影响
• 3.3.4 喷淋密度对旋转床压降的影响
• 3.3.5 转速对旋转床压降的影响
• 3.4 旋转床转子气相压降关联式
• 3.4.1 旋转床转子气相压降经验关联式
• 3.4.2 计算结果与实验结果的比较
• 3.5 本实验结果与文献报道结果对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 喷射式旋转床轴功率消耗特性研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验流程及说明
• 4.1.2 主要实验仪器及设备
• 4.1.3 实验内容
• 4.1.4 实验步骤
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 无气流无液流时轴功率随转速的变化关系
• 4.2.2 轴功率随气体流量的变化关系
• 4.2.4 轴功率随液体流量的变化关系
• 4.2.5 轴功率随转速的变化关系
• 4.3 轴功率消耗关联式
• 4.3.1 轴功率经验关联式
• 4.3.2 计算结果与实验结果的比较
• 4.4 甩液功率
• 4.4.1 喷射式旋转床甩液功率的计算
• 4.4.2 甩液功率随液体流量和转速的变化关系
• 4.4.3 甩液功率计算值与实验值的对比
• 4.5 本实验结果与文献报道结果的对比
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文