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立装规整填料的性能实验研究

李雪锋  
【摘要】:本文主要研究了立装规整填料的流体力学及传质性能。首先将250Y型金属板波纹填料平装在西北大学化工学院新建的多功能塔器热模实验装置中,通过空气—水系统测定平装填料流体力学性能包括填料的压降、壁流量、持液量,然后再以空气-水-CO2为物系测定其液相总传质单元高度,将以上测定的结果与文献资料的实验结果相比较差别较小。一方面,说明多功能塔器热模实验装置在工艺流程设计中的合理性,同时也能很好地检验设备仪表的运转显示是否正常;另一方面,也能说明我们在整个实验操作中,实验方法、实验过程是否规范、科学。其次,再将立装填料安装在填料塔中,在同样的操作条件下测定其压降、壁流量、持液量和液相总传质单元高度,实验结果表明,立装填料的每米干填料压降比平装填料每米干填料压降平均降低了约18.7%;在喷淋密度分别为20、30、40、50m3/(m2.h)下,立装填料比平装填料每米填料压降分别降低了约10.85%、10.92%、9.77%和11.33%;壁流量分别减少了约10.72%、11.63%、8.28%、12.13%;持液量分别平均提高了约11.82%、9.58%、15.62%、15.13%;液相总传质单元高度分别降低了约16.29%、16.79%、17.36%、19.30%。以上的实验结果表明立装填料的流体力学和传质性能均优于普通的平装填料。 本文进一步通过理论分析建立物理模型和数学公式推导建立了立装规整填料的壁流量计算模型,分别考察了液体喷淋密度和气相动能因子对壁流量的影响情况,模型计算值和实验值吻合程度较好。同时研究了立装规整填料塔,底截面自中心延伸至塔壁的径向三个等面积环隙区域的液体分布规律,结果发现中心区域流量最大,环隙区域次之,靠近塔壁区的流量最小,说明立装规整填料在消除壁流效应方面效果显著。 本文还对结构类似的立柱状捆包型催化填料进行了压降的测定,并分析讨论实验现象和结果。同时将实验结果与洛阳石化工程设备研究所塔组对该填料的流体力学性能测试报告进行比较,以验证本次实验数据是否可靠、准确。 立装规整填料是将整盘平装填料分割成若干块小柱体,每一块小柱体就是一个填料单元。同一截面上的填料单元并联组成填料自然段,若干个自然段组成整个填料段。上一层自然段的分割交叉点在下一层自然段填料单元的中心,这样可使液体重新分配,阻止液体径向流动至塔壁形成壁流。而捆包型催化填料是将催化剂填充在纤维布袋中,再将纤维布袋缝制成竹排式管状夹在两层不锈钢丝网袋之间,然后卷成圆柱状分层安装在填料塔中。不足之处是各捆包接触之间以及靠近塔壁处空隙太大,气液分布不均匀。因此,本课题组构思着将立装填料几何结构的优势及良好的流体力学和传质性能与催化填料在装填催化剂方面的优点耦合起来,克服捆包型催化填料外形结构及安装方面的不足,研制开发新型高效立装规整催化填料,希望能通过以上的实验过程,为新型高效立装规整催化填料提供基本的实验数据,由于时间和实验条件的限制,本文只能对催化填料的压降进行研究,后来者可以继续对其各种性能做进一步的实验和优化,为开发工业应用的新型高效立装规整催化填料提供初步的基础数据。


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