XD-1新型锥度螺旋填料的特性研究

论文摘要

填料塔是化学工业中常用的一种气液分离设备,填料作为填料塔的核心构件,其性能对填料塔的操作性能及应用范围有极大的影响。XD-1新型锥度螺旋填料,其独特的锥度螺旋结构能使气液两相由逆流接触转变为错流接触,使之与常规填料相比有完全不同的流体力学特性。该填料具有处理能力大、填料层压强降小、制作简易、传质效率高等优点,在工业上有着广泛的应用前景。本论文从流体力学性能和传质性能两部分来研究锥度螺旋填料。在φ80mm的冷模实验塔内,用空气-水物系测定在气相动能因子为0.12-0.80,液相喷淋密度为0-56.59m3/（m2·h）时锥度螺旋填料的流体力学特性,还与θ环、丝网波纹填料进行了比较。传质性能的测定分冷模实验和热模实验两部分。在φ80mm的冷模实验塔内,用空气-二氧化硫-水物系测定在气相动能因子为0.12-0.30,液相喷淋密度为11.32-33.95 m3/（m2·h）时锥度螺旋填料、θ环和丝网波纹填料三种填料的传质性能。另外,在φ25mm和φ50mm的热模实验塔内,以乙醇-水为体系,在全回流操作条件下,测定锥度螺旋填料、拉西环和θ环三种填料的理论塔板数N。实验结果表明:锥度螺旋填料的流体力学性能和传质性能要优于拉西环、θ环和丝网波纹填料。流体力学性能测试中,锥度螺旋填料、θ环和丝网波纹填料三种填料的空隙率之比为:0.823:0.947:0.855时,在相同喷淋密度下,单位高度填料层压降之比却为:0.58:1.10:0.62。以传质单元高度考察填料传质性能的冷模实验结果表明,锥度螺旋填料的传质性能要比θ环和丝网波纹填料要好,而以理论塔板数考察填料传质性能的热膜实验结果表明,锥度螺旋填料比θ环和拉西环填料具有更高的传质效率。此外,本文将不同气相动能因子和液相喷淋密度下单位高度的锥度螺旋填料层压降进行了关联,得出经验关联式,同时,本文在考虑了系统内气液两相流动、物性特征及填料结构参数对压降的影响下,提出了填料塔内锥度螺旋填料的压降模型,经验证,该模型的计算值与实测压降数据吻合较好,为锥度螺旋填料的开发和设计提供了理论依据。本文在前人的基础上进一步研究了锥度螺旋填料在流体力学和传质方面所体现的优异性能,为锥度螺旋填料的工业化应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 填料的应用研究进展
• 1.1.1 散装填料
• 1.1.2 规整填料
• 1.2 塔填料压降模型的研究
• 1.2.1 规整填料的传统压降模型
• 1.2.2 规整填料压降模型研究的新进展
• 1.3 传质理论及填料塔的传质模型的研究进展
• 1.3.1 传质理论
• 1.3.2 填料塔传质模型的研究进展
• 1.4 气液分布器的开发研究进展
• 1.4.1 液体分布器
• 1.4.2 气体分布器
• 1.5 本项目研究的目的与内容
• 1.5.1 项目研究的目的、意义
• 1.5.2 项目研究的内容
• 第2章 锥度螺旋填料的压降特性与数据关联
• 2.1 锥度螺旋填料漩涡流场的特性分析
• 2.2 锥度螺旋填料层的压降特性
• 2.2.1 不同类型填料压降的比较
• 2.2.2 不同物系压降的比较
• 2.3 实验数据的关联式拟合
• 2.3.1 拟合方法
• 2.3.2 拟合结果
• 2.4 漩涡流场中的压降模型
• 2.4.1 干塔压降
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.4.3 湿塔压降
• 2.4.4 结果与讨论
• 第3章 传质性能的冷模实验研究
• 3.1 实验装置及流程图
• 3.2 实验材料与设备
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 仪器设备
• 3.2.3 实验填料
• 3.3 实验测定原理与方法
• 3.3.1 测定原理
• 3.3.2 测定方法
• 3.4 传质实验步骤
• 3.5 实验结果与讨论
• 3.5.1 实验数据分析
• 3.5.2 不同填料的传质效果的比较
• 第4章 传质性能的热模实验研究
• 4.1 实验装置与流程
• 4.2 实验仪器与实验物系
• 4.2.1 实验仪器设备
• 4.2.2 实验填料的规格
• 4.2.3 实验物系
• 4.3 实验原理与方法
• 4.3.1 实验原理
• 4.3.2 实验方法
• 4.4 实验数据处理方法
• 4.4.1 理论塔板数
• 4.4.2 等板高度法
• 4.4.3 折光率-浓度关系
• 4.5 不同填料传质性能的比较
• 4.5.1 小塔对比
• 4.5.2 中塔对比
• 4.6 结果与讨论
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文