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新型气液传质三维塔板设计及流体力学性能研究

朱爱梅  
【摘要】: 气液传质设备在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门均属量大面广的重要单元设备,在精馏、吸收、增湿、减湿等操作中都要用到。其投资一般占总投资的20%左右,有的甚至高达50%。蒸馏(精馏)是其用途最广的分离操作,在化工生产中,具有举足轻重的作用,所以一直是国外学者关注的重要课题。70年代以前,在大型塔器中,板式塔占有绝对优势。但能源危机的出现,突出强调节能问题,填料塔的技术有了长足的进步,冲击了蒸馏设备以板式塔为主的局面。进入90年代后,填料的发展较慢,进入了一个相对稳定期。与此相反的是,板式塔技术又有了明显的进步。我国在塔板的研究方面虽不如国外活跃,但三维塔板号称以板式塔的形式和造价提供填料塔的分离效果,以其优良性能吸引各研究者做了不少这方面的研究工作。 本文在阅读有关文献的基础上,创造性的设计了三种形式的三维塔板,即板1、板2和板3;并对其流体力学性能进行了研究。其具体内容主要包括:对原有设备进行改造;设计新型的三维塔板;塔板的干板压降、操作压降、雾沫夹带量、漏点、底隙液体吹开点的测量及其影响因素的考察。 实验结果及分析表明,开孔率相同时,所设计的三维塔板的干板压降和操作压降比筛板要高,与浮阀塔板相当或略小。这与国内研究者的观点一致,与日本专利的报道有出入。但要增加筛板的开孔率受限很多,在本实验条件的开孔率的基础上要再增加其开孔率几乎是不可能的;对于三维塔板,由于其独特的开孔设计,其开孔率还可以有较大的提高。三维塔板的干板压降基本上与板孔气速的2次方成正比。板孔形式由平板孔改为喷嘴孔,对其板压降的降低是有效的措施,可以降低25%左右。从干板压降的决定因素的考察可知,其主要是由板孔压降决定的。在整个操作过程中,三维塔板的雾沫夹带量都很小,如板2和板3均未达到雾沫夹带严重的程度。在相同条件下,三维塔板的雾沫夹带比筛板要小得多,如板2的雾沫夹带最大的才占筛板的40%不到。相同条件下,三维塔板的漏点气速与筛板基本相当。三维塔板的操作上限不是雾沫夹带决定的,而是底隙液体吹开点决定的;操作下限与筛板相同,是漏点决定的。三维塔板在L=1500l/h操作点的操作弹性比筛板高45.2%。在整个操作过程中,液流量对三维塔板的流体力学性能影响较小,且较高的板上液层对三维塔板有利。因此它适合液相负荷较大的操作。综合可知,三维塔板的处理能力与筛板相比可以提高较大。所设计的三种形式的三维塔板中,以板2和板3的综合性能较好。


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