悬挂式降液管自液封线的实验研究

悬挂式降液管塔板经历了四十多年的发展。由于这类塔板的降液管悬挂于塔板下的气相空间,气体可能会从降液管底部液流孔漏入降液管,故要求悬挂式降液管能自液封。以往徐崇嗣提出的自封线以降液管几乎不漏气作为自封点。作者提出以降液管每秒漏气一次作为新的自封点标准,该标准使漏气分率小于0.1%。测定自封线的实验在300mm×200mm的有机玻璃塔中进行,物系为空气-水。实验还采用多路电导测试仪,测量了原自封线和本实验自封线在液流孔处漏气所占的时间分率。实验结果表明,新自封线适用于中等和大液气比工况,它优于原自封线,能更客观地反映悬挂式降液管的自封性能,扩大了塔板的稳定操作区。     

CTST-MD复合型塔板降液管流体力学性能的实验研究

结合立体传质塔板(CTST)和悬挂式降液管各自的优势,在CTST塔板的基础上组合悬挂式降液管。以此为实验塔板,在直径为570 mm的有机玻璃塔中以空气-水为实验物料进行冷漠实验,对此种塔板的板压降、降液管的液层高度、液流孔孔流系数等流体力学性能进行了实验研究,并与鼓泡型塔板进行了对比。结果表明,复合型立体传质塔板的板压降低于弓形降液管的CTST和悬挂式降液管的筛板(MD筛板)。在高液相负荷下,复合立体传质塔板降液管液层高度远低于MD筛板,具有更大的液体处理能力。悬挂式降液管液流孔的孔流系数主要与开孔的水力半径有关,受开孔率影响较小。得到了复合立体传质塔板降液管几种孔型的孔流系数值。     

悬挂式降液管液流孔气液流动状态研究

悬挂式降液管液流孔存在3种气液流动状态:只有液体流过液流孔(称走液态),只有气体流过液流孔(称走气态),气液二相都不流动(称气液堵塞态)。实验在长300 mm和宽200 mm的有机玻璃塔中进行,物系是空气-水。使用多路电导仪测试,在每个测试点都巧妙地布置3个电导探针,3种气液流动状态都被测出。结果表明,气液堵塞态确实存在,其面积分率是走气态面积分率的0.4—1.8倍。因此,悬挂式降液管液自封标准既应限制漏气量,还应限制气液堵塞。     

分流式降液管的流体力学性能研究

用分流式降液管以空气和水进行了塔盘冷模实验,研究了板压降、板上清液层高度和泡沫层高度、降液管泡沫层高度等流体力学性能,并在相同条件下与无分流式降液管进行了对比实验。结果表明:在相同的操作条件下,分流式降液管的塔板压降比无分流式降液管的塔板压降平均降低了39.3%,分流式降液管能有效降低塔板的溢流强度,提高了塔板的处理量。     

降液管中水流的扼流现象研究

对水流的接近工业规模的悬挂式自液封降液管进行了扼流试验。每个降液管宽度均为80mm，液流堰长分别为600，550，500，450，400，350，300mm。对扼流现象发生前后的堰上液高与溢流强度的关系分别测定并进行了关联，对预测临界溢流强度的经验公式作了修正。实验结果表明，前人所预测的临界溢流强度值偏高，在尚未达到临界值时就已发生扼流现象。     

气液两相并流向下通过筛板孔口单元的压降特性

针对堆叠筛板填料的基本单元,采用12种不同规格的孔板,研究了气液两相并流向下通过孔口的压降特性,阐明了气液流量、孔板结构对压降的影响规律。结果表明：压降随气液流量的增加而增大;随孔径的增大而减小;在筛板常用厚度范围内,孔口锐缘效应使得压降随板厚减小而增大。根据孔口压降行为不同,以气相雷诺数Re_G=5000分界,建立了单一气相向下通过孔口的压降预测关联式;然后利用气相折算因子对关联式进行修正,得到了Re_G>5000时气液并流向下通过孔口的压降预测关联式;当Re_G<5000时,通过直接对单一气相阻力系数进行修正,得到了相应气相雷诺数范围内的气液两相压降预测关联式。     

碳化工段

多降液管筛板塔[以下简称M.D.塔],是最近用于小化肥厂低压水洗的一种新塔型。此塔是在塔板上设置多条降液管,相邻两塔板的降液管又互相垂直,降液管悬挂于气相空间,降液管底部开有液流孔,液流从这些液流孔降至下一块塔板。与填料塔、单溢流筛板塔比较,M.D.塔喷淋密度较大,见表Ⅳ—1。     

TEP系统脱气塔的操作特性与压降实验

针对压水堆核电站TEP系统中的脱气塔,分析其操作特性,建立筛板填料气液并流的实验装置来研究其两相流压降特性,并提出压降预测关联式。结果表明,脱气塔使用的堆叠筛板填料和总体逆流分段并流气液接触方式使得脱气塔结构简单,流体力学性能优良,处理量大;气体单相流和气液两相流的压降与筛板数、气液两相流量和两相之间相互作用有关;压降预测关联式计算值与实测值的误差在10%以内。     

多降液管筛板萃取塔内流动特性和塔效率的研究

选择正丁醇－丁二酸－水作为实验体系，以有机相为分散相，在φ１００ｍｍ的塔内系统地研究了单降液管、双降液管和三降液管三种塔板的两相流动特性和传质效率，并对其进行了比较。研究结果表明，在相同的操作条件下，多降液管大孔筛板塔比单降液管塔内的动态存留分数大，板下静液层高度小的特点，同时多降液管筛板塔比单降液管筛板塔具有更高的塔效率。     

弓形降液管内的气含率分布

采用毛细管不我电检测技术，测定了弓形降液管内气含率的三维分布。实验结果表明，在降液管中心处的气含率高于两侧，在外侧的气含率高于内仙。沿高度方向气含率的分布分为三个区：第一区为高气含率区，第二区为气含率显著变化区，第三区为下层低气含率区。在每一区内，气含率都随液体流率的增加而增加。研究结果为设计更合理的降这提供了实验依据。实验还表明Ｈｏｆｈｕｉｓ关于乳化态的据是有局限性的。     

Study on vapor-rise-up through hanging downcomers

A common problem in high capacity trays is the difficulty of establishing a liquid seal of hanging or truncated downcomers since the hanging or truncated downcomers came out. When the downcomer seal is lost, the vapor rises up through the downcomer, which may cause tray instability and poor separation. For the downcomer unseal or vapor-rise-up, it was found that there exist two regimes of free vapor-rise-up regime and dynamic vapor-rise-up regime. The mechanism of free vapor-rise-up is lower liquid height than the tray pressure drop, whereas the mechanism of dynamic vapor-rise-up is the driving force of the tray pressure drop. Using the hydraulic model of dualflow tray, the vapor-rise-up model in dynamic regime was developed. The experiments were carried out in a 500 mm-diameter transparent plexiglass column with air–water system. From the experimental data, the vapor-rise-up correlation was obtained. The free vapor-rise-up regime converts into dynamic regime with the increase of the vapor rate, and the transition point is a certain real velocity of rise-up vapor. For preventing the vapor-rise-up, a seal line is required. With the definition of the rise-up vapor being limited to a certain ratio of rise-up vapor rate to liquid rate, the seal line is qualitatively obtained from the vapor-rise-up model. The seal line has the minimum liquid rate, which is in accord with the seal line by Li et al. [Li, Y.M., Yu, X.M. and Yao, K.J., 2004, Dynamic seals on hanging downcomers. Chem Eng Res Des, 82: 1].     

板式塔降液管的机械消泡研究

研究开发了板式塔降液管机械消泡板组件。在降液管中加设特制的新型消泡板组件,该组件由数列若干块相互平行的倒V字形波纹板垂直排列组成,倒V字形波纹板的开口端向下。消泡板组件半浸于降液管泡沫层中,越堰的泡沫液与波纹板碰撞,以及波动的泡沫层不停地与波纹板摩擦,都加速泡沫的破裂,促进降液管内气液分离,降低了泡沫层高度。开口端向下的倒V字形波纹板还对降液管内液体产生向下的作用力,降低了降液管清液层高度。试验结果表明,对易起泡物系,降液管机械消泡板组件能降低泡沫层高度13.1%—36.2%,降低清液层高度10.5%—32.5%。对不易起泡物系,消泡板组件能降低泡沫层高度7.1%—33.2%,降低清液层高度5.1%—24.6%。因此,该消泡板组件可以起到降低降液管液层高度和延缓降液管液泛的作用,具有良好的消泡效果。     

乙烯精馏塔控制中降液管时滞效应影响分析

在精馏塔动态建模中忽略了降液管容积对液相流动及传质的滞后,导致模型与实际精馏塔存在明显差异。针对某实际乙烯精馏塔,通过机理分析建模,建立理论降液管模型,并在原精馏塔模型基础上构建了考虑降液管时滞效应的乙烯精馏塔动态模型。通过仿真,将该模型与原模型的动态特性进行比较,其差异性说明考虑降液管能够更加准确地把握精馏过程的动态特性。另外,对两种动态模型分别设计控制器,整定得到的控制器参数差别很大,说明忽略降液管的影响造成在此基础上设计的控制器可能不适用于实际装置。因此,在动态建模中考虑降液管能够更加准确地对精馏塔进行分析、控制和优化,具有一定的现实意义。     

悬挂降液管塔板的冲击漏液及其对传质效率的影响

从理论上分析了悬挂式降液管塔板上产生冲击漏液的原因，并提出在塔板的受液区安装防冲漏液装置来减小冲击漏液量。在－φ500的冷模塔内以空气－水为物系测定了冲击漏液量，在－φ300的热模内以酒精－水为特系测定了塔板效率。结果表明：没装防冲击漏液装置的悬挂工降液管塔板的冲击漏液量达总液量的7％以上，而安装防冲击漏液装置的悬挂式降液管塔塔板基本上没有冲击漏液，可以提高塔板传质效率5％以上。     

Liquid-phase mixing in external-loop airlift bioreactors

Mixing time, circulation time and downcomer linear liquid velocity were measured in two sizes of external-loop airlift bioreactors with Newtonian and non-Newtonian fluids. The mixing time increased as a result of an increase of non-Newtonian characteristics. However, the liquid circulation time was affected only slightly by non-Newtonian flow behaviour. A semi-empirical correlation for circulation time in external-loop airlift bioreactors was proposed. The proposed correlation was compared with the present experimental results and those in the literature. Reasonable agreement was obtained between the predicted and experimental values of circulation times. The downcomer liquid velocity was almost independent of the downcomer-to-rise cross-sectional area ratio. The correlation based on the concept of an eddy diffusivity predicted downcomer liquid velocities in Newtonian and non-Newtonian fluids.     

A new streamlined bubble-cap distributor for high gas–liquid ratio and the liquid distribution mechanisms

The bubble-cap distributor is the most commonly used and critical internal for trickle bed reactors but holds the inherited disadvantage of liquid central aggregation when operating at a high gas–liquid ratio. A new bubble-cap distributor with a streamlined downcomer was developed in this paper to counter back the liquid aggregation and improve its comprehensive performance. The effect of the streamline parameters of the new distributor on liquid distribution was systematically explored by the coupled Euler–Euler-population balance equation (PBE) model. Compared with the classical and polyline converging–diverging structures, the results showed that the streamlined downcomer was a key to generating radial velocity of two-phase flow and reducing the liquid central aggregation for the bubble-cap distributor. The mechanism of well-distribution was explored for the new distributor. Lower converging and diverging angles enhance the distribution performance. A downcomer with a small converging angle and a 30° diverging angle was recommended for dispersing the central aggregated liquid column and acquiring the high distribution uniformity and spray covering circle. These data would be helpful to the optimal design and scale-up of the bubble-cap distributor in further industrial applications.     

多层流态化床的研究Ⅰ 液-固系

本文研究了液-固系多层流态化床（溢流管式）中两相流动的特性,其内容包括液相的纵向混合,液体通过多孔分布板的压降,颗粒物料通过溢流管孔口的自由流落,溢流管在流化床中工作的性能及多层床的操作特性。提出了可供设计参考的关联式。     

文丘里卷吸型气液分配器液体分配性能的结构参数研究

为了改善滴流床用的内卷吸型气液分配器的液体分散差的现象,提出了一种文丘里卷吸型气液分配器,并对其结构参数进行了参数化研究,定量认识卷吸型分配器的结构参数对其气液分配性能的影响。在冷态实验装置上进行了文丘里卷吸型气液分配器性能实验,建立了耦合群体平衡模型的欧拉-欧拉两相流模型,数值模拟了文丘里卷吸型气液分配器气液两相分配流动过程。冷模实验结合数值模拟,系统性考察了各结构参数对卷吸型气液分配器的液体分布均匀性、喷淋半径以及压降的影响。结果表明,采用具备缩-扩结构的文丘里管作为降液管能够有效提升卷吸型分配器的分布均匀度和喷淋半径,并显著降低压降。通过正交试验,获得了主要结构参数与分配性能的相关性,给出了结构参数与性能指标的经验关联式。降液管的扩张段是改善液体分配性能的关键结构,其扩张角为30°时液体分配性能最好。     

新型多降液管塔板的流体力学性能及其流场CFD模拟

开发了一种流场均匀且液相处理能力大的新型多降液管塔板。本文以水和空气为介质，在内径1219mm的有机玻璃塔内，研究了新型多降液管塔板的流体力学性能。结果表明，在相同气液负荷下，相较于弓形降液管塔板，新型多降液管塔板具有湿板压降低、雾沫夹带量小和漏液少等优点。同时新型多降液管塔板继承了多降液管（MD）塔板液相负荷高的特点，在空塔动能因子2.4(m/s)·(kg/m³)^0.5的条件下，全塔喷淋密度仍可高达80m³/(m²·h)。对塔板上液相流场的流体流动特性进行了计算流体力学（CFD）分析，并将模拟结果与MD塔板进行对比。结果表明，新型多降液管塔板降液管的结构和排布方式使得塔板上液体流动更加均匀，预期可以获得更高的塔板效率。