填料塔基础理论研究新进展

规整填料塔具有效率高、压降低、放大效应不明显等优点,其成功应用有赖于对二相流动与传质的深入认识。文中综述了规整填料塔内的气液二相流动与分布、返混、气液二相在常压和高压下的传质特性、M arangon i效应以及计算流体力学(CFD)在规整填料塔中的应用等方面的国内外研究进展。填料塔内液体的分布与返混的研究较多,气相的流动分布与返混特性的研究较少,高压传质、M arangon i效应,特别是利用计算流体力学(CFD)模拟填料塔内的液体流动与传质等已逐渐成为研究的热点。     

翅片导流板填料应用于旋转填料床的特性

For an alcohol/water system and with fin baffle packing, continuous distillation experiments were carried out in a rotating packed bed (RPB) system at atmospheric pressure. The effects of the average high gravity factor (β), liquid reflux ratio (R) and feedstock flux (F) on the momentum transfer and mass transfer were investigated. The gas phase pressure drop of RPB increased with the average high gravity factor, liquid reflux ratio and feedstock flux, which was 13.55-64.37 Pa at β of 2.01-51.49, R of 1.0-2.5, and F of 8-24 L&;#8226;h－1 for a theoretical tray in the RPB with fin baffle packing. The investigation on the mass transfer in the RPB with different packings showed that the number of transfer units of RPB with a packing also increased with the average high gravity factor, reflux ratio and feedstock flux. It is found that the fin baffle packing (packing III) presents the best mass transfer performance and lowest pressure drop for the height equivalent to a theoretical plate (HETP), which is 6.59-9.84 mm.     

塔填料的研究现状及发展趋势

介绍了散堆填料的发展过程，分析了通过改变散堆填料的几何结构以改变填料性能的方法；并对规整填料的发展、现状作了综述性的介绍，阐述了提高规整填料传质效率的途径；简单分析了今后填料塔的发展方向。     

HD低温蒸发系统中填料蒸发器传质传热的分析

通过研究系统中填料蒸发器的蒸发传质传热过程以及两相流动特性，采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）中离散相与连续相耦合的方法来模拟规整填料内部通道的蒸发传质传热过程，实现了填料蒸发器中两相传质传热的过程以及液滴流动的可视化，为研究气液两相在规整填料内的流动提供了一种模拟方法。通过与实验结果的比较，最终选用RNG k-ε湍流模型来分析规整填料内部气液两相传质传热以及流动情况。数值模拟研究了规整填料板间距对填料内部气液两相传质传热以及液滴运动影响，发现随着板间距的增大，填料内部压力降逐渐降低，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率降低，液滴进出口质量差减小，气相出口温度逐渐降低，蒸发传质传热效率降低。随着气速的增大，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率增加，气相出口温度降低，气液两相传质传热效率降低。     

孔板波纹填料的结构参数对其性能的影响

在内径Φ30 0mm的填料塔中研究了孔板波纹填料的结构参数对液相轴向混合特性、流体力学和传质性能的影响 .研究结果表明 ,轴向返混参数随开孔率、倾角的增加及盘高的减小而增加 ,填料层压降随开孔率、盘高的增加及倾角的减小而降低 ,传质单元高度随倾角的增加、盘高的减小而降低 ,开孔率对传质单元高度的影响有一个适宜值 .通过对实验数据的回归分析得出了轴向返混参数、填料层压降及传质单元高度的关联式 .该研究结果对孔板波纹填料的开发与设计具有参考价值     

新型垂直板规整填料流体力学及传质性能

采用氧解吸实验,在直径190 mm的有机玻璃塔内,液相喷淋密度10～38 m³·m^-2·h^-1,F因子0.2～3.2 m·s^-1·（kg·m^-3）^0.5的实验条件下测定了一种新型垂直板规整填料的流体力学及传质性能。实验结果表明：垂直板填料的操作压降及传质性能均显著优于商业波纹填料。通过与几种经改进的250型波纹填料相比发现,两者泛点F因子整体上相当;在较高液体喷淋密度下,垂直板填料传质性能及压降均高于改进250型波纹填料;在低喷淋密度下,垂直板填料可实现压降低于改进250型波纹填料,而两者传质性能相当。此外,对填料结构改进对其性能的影响进行了单因素考察。     

气-液-液萃取传质效率的研究

在液-液萃取过程中,提高分散相的表面更新速率可有效提高萃取的传质效率.研究发现,在萃取过程中使用气体搅拌可以增加液液之间的接触面积,促进液相内的湍动和循环.据此,本文在气-液-液萃取条件下对不同填料的传质性能进行了测定.实验表明,通入气相后分散相液滴呈现稳定的“油包气”空心状态,这种结构大大降低了分散相液滴的传质层厚度,减小了传质距离,极大地强化传质效率.在适宜气速下,气-液-液萃取效率较传统萃取效率提高20％～40％.通过与散装填料对比,发现规整填料更利于强化萃取效果,传质效率提高约50％.     

Hydrodynamics and mass transfer of gas–liquid flow in micropacked bed reactors with metal foam packing

Hydrodynamics and mass transfer of gas–liquid flow such as pressure drop, liquid holdup, and gas–liquid mass-transfer coefficient in micropacked bed reactors (μPBRs) with metal foam packing are investigated with an automated platform. Parametric studies are conducted varying gas and liquid superficial velocities, pore diameters of foam packing, and liquid physical properties. Experimental results show that μPBRs with foam packing have comparative mass transfer rate and 10 times lower pressure drop compared to the microparticles. The values of mass-transfer coefficient for three types of foam packing in μPBRs are 1–2 orders of magnitude larger than those in large-scale trickle bed reactors with foam packing. Furthermore, empirical correlations of pressure drop, liquid holdup, and gas–liquid mass-transfer coefficient in μPBRs with foam packing are proposed and the predicted values are found to be in good agreement with the experimental values.     

气-液-液萃取的流体力学研究

在液-液萃取过程中,提高分散相的表面更新速率可有效提高萃取的传质效率。研究发现,在萃取过程中使用气体搅拌可以增加液液之间的接触面积,促进液相内的湍动和循环。本文研究了气-液-液三相下油滴的流动形态,并对不同填料的流体力学性能进行了测定。实验结果表明,气相速度的增加可导致气含率、液含率的增加,从而提高分散相在填料萃取塔中的停留时间,在一定的速度范围内明显降低萃取的表观传质单元高度,极大地强化传质效果。通过与散装填料对比,发现规整填料更利于强化萃取效果,其液泛速度平均增加25%。     

用可视化方法实验研究规整填料的局部传质(英文)

A chromochemical reactive mass transfer technique has been employed to study local mass transfer characteristics of structured packing. This technology adopted by experiment is an Ammonia Adsorption Method (AAM) that yields the surface distribution of transferred mass by analyzing the color distribution on a filter paper with the results of the color chemical reaction. A digital image processing technology is applied for data visualiza-tion. The three-dimensional plot of the local mass transfer coefficients shows that there exist three peak values on different positions of a unit cell of structured packing. In order to improve mass transfer efficiency of the structured packing, one piece of baffle is added between packing sheets. As a result, the average mass transfer coefficient in-creases by (10-20)% and the pressure drop decreases by (15-55)%.     

填充密度对中空纤维膜接触器精馏过程壳程传质的影响

探讨了填充密度对新型聚丙烯中空纤维膜接触器精馏过程中壳程传质的影响。中空纤维膜接触器在填充密度为4.7%、9.5%、19%时均可在远离常规填料液泛线以上的气速范围操作。低填充密度下,壳程的Sherwood数理论值大于实验值,但填充密度较高时,实验值大于理论值。高Reynolds数有利于壳程传质,低填充密度时的Sherwood数高于高填充密度时。随着F因子逐步增大,壳程气相传质阻力随之变小,且膜接触器的填充密度越高,气相传质阻力越大。3种不同填充密度膜接触器的气相总传质系数随着接触器填充密度的增大而迅速减小,由391.84×10^-5 m·s^-1降低为83.28×10^-5 m·s^-1。     

环鞍复合填料的实验研究

文章对新开发的环鞍复合填料进行了实验研究,在塔径为400 mm×6 mm的有机玻璃塔内测定了其流体力学性能和传质性能,并和阶梯环进行了对比实验。结果表明,环鞍复合填料具有更好的性能,与阶梯环相比,压降可减小10%—20%,通量增大10%—20%,传质效率提高10%左右。而且,在初步的工业应用中,取得了相当好的经济效果。为了应用方便,将环鞍复合填料的流体力学实验数据进行了关联,获得了压降、载点气速和泛点气速的关联式。     

中空纤维透析器中纤维管填充密度对传质影响的数值模拟

通过数值模拟研究了纤维管填充密度（27.18%～67.11%）增加时传质系数的变化趋势,同时考察了流体速度对传质系数的影响.模拟结果表明：随着填充密度的增加,传质系数先增加后下降;流体速度不仅影响传质系数的大小（速度越大,传质系数越大）,也影响最佳填充密度（传质系数最大值对应的填充密度）的大小（速度增大,最佳填充密度也增大）.模拟结果可为透析器的优化设计提供参考.     

高比表面积金属丝网波纹填料的实验研究

在50 mm的微机化多功能精馏实验装置中,以乙醇-正丙醇为体系对4种高比表面积(分别为900,1100,1700,2500 m2/m3)的金属丝网波纹填料的流体力学和传质性能进行了研究。结果表明,2500Y型填料的阻力很高而传质效率较低。其他3种填料的传质效率随比表面积增大而提高,但900Y和1100Y型填料的综合性能较好。     

Mass transfer area in a multi-stage high-speed disperser with split packing

In this study, the mean droplet diameter in the cavity zone and the total mass transfer area of a multi-stage highspeed disperser(HSD) reactor with different packing combinations were measured and evaluated. The effects of rotational speed and packing radius, as well as the packing ring radius and numbers, on the mean droplet diameter and the total mass transfer area were evaluated. A model was established to calculate the mass transfer area in the cavity zone in the HSD reactor, and it was found that the packings contribute 61%–82% of the total mass transfer area. A correlation for predicting the mass transfer area in the packing zone was regressed by the dimensionless analysis method. An enhancement factor based on the mass transfer area in the packing zone was proposed to evaluate the effect of packing combination on mass transfer area. Two optimum packing combinations were proposed in consideration of the mean droplet diameter and the enhancement factor.     

润滑油糠醛精制填料萃取塔的传质性能

针对润滑油精制工业装置技术改造的需求,选用低界面张力的润滑油－糠醛精制体系,在ф１００ｍｍ的填料萃取塔中对孔板纹填料和共轭环填料的萃取性能进行了实验研究。结果表明,共轭环填料用于低界面张力体系萃取过程时传质性能优于孔板波纹填料。     

泡沫陶瓷环形填料的流体力学和传质性能

填料是化工气液传质设备中的核心组成部分,其作用主要是为气液或液液两相提供充分的接触面,强化两相间的传质或传热过程．填料的结构和性能对填料塔的技术经济指标具有决定性的影响．陶瓷填料具有耐腐蚀、价格低廉、润湿性与热稳定性好等特点．但其加工性能差,只能做成简单形状,与其他材质的填料相比,比表面积和空隙率都比较小,流动阻力大,传质性能较差,使其应用受到了一定的限制．     

倒锥型真空填料精馏塔的性能

在倒锥型塔中,采用两种小型散装高效填料和三种回流比,在5～50 mmHg的塔压范围内,就塔压、空塔汽速、回流比、填料类型和塔的结构等诸要素对真空填料精馏塔的传质性能和流体力学性能的影响进行了研究,并与文献报导的直塔和四段塔进行了比较。实验结果表明,锥型塔在传质和流体力学性能两方面,都较为优越。作者还推导了一个能较好地描述锥型塔传质特性的数学模型。     

复合板网填料性能研究

对一种新型的金属复合板网填料进行了研究,它是由三层板网贴合为复合基材后加工成波纹填料。在500冷模实验塔内对250Y型填料的测试结果表明复合板网填料具有显著的性能优势。三层复合板网填料的压降比常用的金属板波纹填料低60%以上,通量大20%～40%。氧解吸实验结果表明三层复合板网填料的分离效率明显高于单层板网填料,尤其在液气比低的工况下,效率可以倍增,和广泛应用的金属Mellapac填料相比,复合板网填料的分离效率能高30%左右。     

填料特性对鼓泡填料萃取塔性能影响

填料的结构与表面性能对鼓泡填料萃取塔性能有直接影响。利用空气 煤油 (苯甲酸 ) 水体系 ,测定了未装填料和分别装填板波填料、丝网填料、压延孔环填料的鼓泡萃取塔水力学性能和传质性能。实验表明 ,对未装填料和装有填料的萃取塔 ,气相搅拌都可以显著提高液液两相的接触与传质性能 ;液泛速度随表观气速的增大而下降 ;流道设计合理的规整填料传质性能明显高于散装填料 ;表面光滑的填料分散相滞存率低 ,因而液泛速度较高 ;填料的作用有利于降低轴向返混 ,明显提高萃取塔传质性能。