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《北京化工大学》 1996年
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错流旋转床内流体力学与传质特性的研究

郭奋  
【摘要】:旋转填料床是近年来发展起的一种用离心力强化传质与微观混合的新型化工设备。在以往的工作中,床内两相流的接触形式全为逆流。当处理的气量很大时,转子的直径也会过大,从而会使设备的造价非常高。将两相流的接触形式由逆流改为错流就有可能使转子的直径减小到与气体管路的直径相当,从而达到减小设备体积、降低设备造价的目的。如果将其用于加压系统优势可能更显著。考虑到在某些场合下使用错流旋转床可能会有其独特的优势,因此本文对错流旋转床的流体力学与传质特性进行了较为全面的研究和探讨。试验用错流床的转子直径为164mm,设计气量为1000m~3/h。 一.本文首先对错流旋转床的气相压降和液体轴向偏流等流体力学特性进行了实验测定。同时,通过理论分析和合理简化提出了流体在床内流动的物理模型,并以此建立了描述流体流动特性的数学模型。在此基础上,结合实验数据,本文还得出了计算液体在填料上的速度分布和液膜厚度、填料空隙中的液滴直径、液体在床内的平均流动速度、液体轴向偏移量、持液量以及气体通过床层的压降、气体在床内的压力和速度分布等的公式。实验与模拟结果表明: 1.液体在填料表面上的膜很薄,因此流动速度很低,应是层流流动(Re<10) 。 2.在实验范围内气体在床内的流动基本上是处于阻力平方区的高度湍流(表观气速6~15m/s,Re=700~2000),且干床压降与转速无关。 3.床内压力的径向分布变化很小可忽略不计。气体轴向速度的径向分布变化一般小于10%。 4.液体在填料层沿径向流动时,由于受到轴向运动的气体曳力作用而发生轴向偏移,但轴向分散很小,因此液体的轴向返混很小。实验还表明液体的轴向偏移与液量无关,这也说明液量对液滴直径无影响。 5.模拟结果表明,填料空隙中的液滴的表面积约与填料表面积相当,而且由于填料的内半径区的持液量大于外半径区的持液量,所以内半径区的传质总比表面积大于外半径区的总比表面积。 6.由于填料喷淋段的后面紧接着就是除沫段,所以当转速在1500rpmH寸即使表观气速达到15m/s出口气体也不带液,因此错流床可在高气速下操作,这对于气膜控制的传质过程是非常有利的。 二.为了探索错流旋转床内传质特点,本文选择了液膜控制的氧解吸,气膜控制的氨吸收和气膜控制的SO_2化学吸收三个传质过程对错流床的传质特性进行了较全面的研究。 以氮气解吸水中的氧为研究体系,本文进行了错流旋转床内的液膜控制传质实验。同时,以表面更新理论为基础,本文还建立了错流床传质计算模型。从总体而言,计算结果与实验值比较吻合。实验与模拟计算结果表明:
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:1996
【分类号】:TQ021

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