开窗导流式规整填料的流体力学及传质性能研究

开窗导流式规整填料的流体力学及传质性能研究

论文摘要

规整填料由于具有大通量、低压降、较高的传质效率等优点而在工业上运用较广,特别是在气液传质设备中,并有逐步取代板式塔的趋势,因此在深入研究规整填料内的气液流动状况和传质状况的基础上,进一步开发出高效规整填料对工业生产具有重要意义。本文首先综述了规整填料的发展以及近期的研究现状,同时对规整填料内部液膜流动和气液传质机理做了简单介绍并提出了一种开窗导流式规整填料。开窗导流式规整填料是在普通板波纹填料的基础上开发的,其与板波纹填料最大的不同就是在波峰或波谷处开有立体的小窗,其主要作用是引导在波谷流动的液膜流到填料片另一侧的波峰处以增加液膜覆盖面积,同时液膜在填料片两侧交替流动时,可以使液膜得到有效更新,有利于传质的进行。本文对两种开窗导流式规整填料(开窗350X型及开窗350Y型)进行了流体力学和传质性能测试,并将其与对应的普通板波纹填料进行了对比。实验所用填料塔塔径为384mm,塔内有液体分布器和气体分布器,有效填料层高度1.2m。流体力学实验采用空气——水系统,实验中对规整填料的压降和持液量进行测量。结果显示开窗导流式规整填料的压降比普通350板波纹填料的压降高30%~40%左右。开窗350X型填料的动持液量比普通350X型填料的动持液量高10%~20%左右,开窗350Y型填料动持液量比普通350Y型填料的动持液量高4%左右。开窗350X型填料的压降比普通350Y型填料的压降低40%左右,且两者的动持液量基本相同。传质实验采用二氧化碳水溶液和空气系统,通过测定解吸过程中塔顶和塔底溶液的二氧化碳浓度来计算规整填料的传质单元高度,进而比较规整填料的传质效率。实验结果表明开窗导流式规整填料的传质效率比普通350板波纹填料的传质效率高,开窗350X型比普通350X型高10%~20%,开窗350Y型比普通350Y型高5%。同时,开窗350X型填料的传质效率与普通350Y型填料的传质效率基本相同。综合比较,开窗350X型填料可以取代普通350Y型填料,但其压降比后者更低,大约低40%左右。在以后的任务中,可以进一步改变开窗导流式规整填料的几何参数(倾角,开窗大小,开孔率等)来改进填料的流体力学性能和传质性能。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 前言
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 塔设备发展概况
  • 1.1.1 塔设备在化工生产过程中的地位和作用
  • 1.1.2 塔设备的类型和发展现状
  • 1.2 填料塔及填料的发展
  • 1.2.1 填料塔的发展
  • 1.2.2 填料的发展
  • 1.3 填料的性能
  • 1.3.1 填料的几何性能
  • 1.3.2 填料的流体力学性能
  • 1.3.3 填料的传质性能
  • 1.4 规整填料中液膜流动的研究进展
  • 1.4.1 液膜流动的理论研究
  • 1.4.2 液膜流动的实验测试方法
  • 1.4.3 液膜流动的数值模拟方法
  • 第二章 开窗导流式规整填料的流体力学性能
  • 2.1 开窗导流式规整填料的简介
  • 2.2 实验流程及实验条件
  • 2.3 实验方法
  • 2.3.1 压降的测试方法
  • 2.3.2 持液量的测试方法
  • 2.4 实验结果与分析
  • 2.4.1 压降变化规律
  • 2.4.2 动持液量的变化规律
  • 2.4.3 四种规整填料压降的对比
  • 2.4.4 四种规整填料动持液量的对比
  • 2.5 实验小结
  • 第三章 开窗导流式规整填料的传质性能
  • 3.1 实验流程
  • 3.2 测试方法
  • 3.3 液相浓度测试方法
  • 3.4 理论公式推导
  • 3.5 实验结果分析
  • 3.6 实验总结
  • 第四章 降膜传质实验
  • 4.1 实验装置及实验流程
  • 4.2 检测方法
  • 4.2.1 检测原理
  • 4.2.2 测定步骤和计算方法
  • 4.3 实验步骤
  • 4.4 实验结果分析
  • 4.4.1 不同气体流量下的二氧化碳吸收
  • 4.4.2 不同液体流量下的二氧化碳吸收
  • 4.4.3 不同二氧化碳浓度下的二氧化碳吸收
  • 4.5 实验理论分析
  • 第五章 结论与展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 发表论文和参加科研情况说明
  • 致谢
  • 相关论文文献

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