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《浙江大学》 2002年
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复合塔板流体力学和传质性能的研究

计建炳  
【摘要】: 本文研究的复合塔板是在穿流筛板之下紧贴一层50~150mm的规整填料所构成,它有三个传质区,即塔板上的泡沫区、填料层内的液膜区以及填料层下的淋降区,因此,具有很高的传质效率。复合塔板不设降液管,气液同时逆流穿过筛孔。本文根据复合塔板的气液流动特点,分析了气液穿孔流动的机理。根据前人的研究结果,提出复合塔板在操作时,由于泡沫层的波动,其筛孔存在通气、通液和阻塞三种状态。波峰对应的筛孔通液,波谷对应的筛孔通气,波腰对应的筛孔处于阻塞状态。随着波的运动,处于通液、通气和阻塞状态的筛孔不断变化。同一时刻三种状态的筛孔数与总筛孔数之比,分别称为通液率、通气率和阻塞率。 采用多路电导测试仪,在直径500mm的冷模塔内,以空气-水为介质,首次较系统地测量了开孔率为20%和25%的复合塔板的通气、通液和阻塞筛孔的数量比例,获得了通气率、通液率和阻塞率随气液变化的基本规律。此外,实验发现,不同喷淋密度下,复合塔板液泛时的筛孔真实气速均为11m/s左右,据此,可推算出复合塔板的操作上限。 复合塔板的压降可认为由干板压降、清液层阻力、填料层压降和克服液体表面张力的压降四部分组成,所建立的压降计算模型,能较好地预测复合塔板的压降,计算值与实验值误差在±20%以内,可用于工程设计。此外,根据复合塔的流体力学性能,确定了其操作范围的计算方法。 在直径300mm的精馏塔内,以乙醇-水为介质,进行了复合塔板、穿流筛板、筛板和浮阀塔板的传质效率的研究。测定了复合塔板的全塔效率、塔板效率、泡沫区和液膜区效率以及其余三种塔板的效率。实验表明,复合塔的全塔效率和单板效率在F因子1~2.5m/s(kg/m3)”’范围内, 可超过 100%,最高效率达 122%,远高于穿流筛板、筛板和浮阀塔板的 效率。填料层的效率依据所复合的填料层高度的不同,分别可占到效率 的 20%~53%。 在 200mm X 300nun的有机玻璃方塔内,以空气-水为介质,采用 CCD 拍摄技术和塔内气液两相流计算辨识技术,测定了开孔率为20%的复合 塔板上泡沫层的气液接触比表面积,并建立了关联式。为建立泡沫层的 传质模型,提供气液接触比表面积的实验数据。 以溶质渗透理论为基础,建立了泡沫层的传质模型,根据泡沫层的 传质模型和规整填料的FBR传质模型,获得了预测复合塔板传质效率的 模型。模型的预测值与实验值的上偏差在 20%以内,负偏差在 15%以内。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TQ021

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【参考文献】
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