气相扰动下高效萃取填料的开发及性能研究

针对气液液三相萃取,开发出一种新型高效开窗导流式规整填料,该填料片是在板波纹规整填料片的波峰、波谷处开设导流窗口,从而增加气相的流通空间和扰动频率,进而增加液滴的破碎-聚并频率。实验测定了新型填料的流体力学性能及传质性能。实验结果表明:随气相速度的增加,填料的液泛速度降低,传质单元高度先减小后增加。新型开窗导流式规整填料可有效提高分散相的滴膜交替流动频率,增加传质效果,在相同的操作条件下,新型规整填料的流体力学效果和传质效果较超级扁环填料平均提高11%和44.7%。     

泡沫碳化硅波纹规整填料的流体力学及传质性能

将碳化硅陶瓷材料用于精馏过程,将该材料与波纹板类填料形状相结合开发出泡沫碳化硅波纹规整填料和光滑碳化硅波纹规整填料.对2种填料进行了流体力学性能与传质性能的测试,研究了泡沫结构对规整填料性能的影响.在直径100mm的有机玻璃塔中使用空气-水体系对填料进行干填料压降、湿填料压降、泛点气速、持液量等流体力学性能测试；在直径100mm的常压玻璃塔中,使用环己烷-正庚烷标准物系进行全回流操作,对填料进行传质性能测试.实验结果表明,在填料外形相同的情况下,与光滑填料相比,泡沫填料的干、湿填料压降较高,泛点气速相当,持液量增大,传质效率显著提高.     

泡沫铁镉镍和泡沫铝复合规整填料的实验研究

利用泡沫金属规整填料各自的优点,将泡沫铁镉镍填料与泡沫铝填料组合成新型复合规整填料,并用空气-水、环己烷-正庚烷物系分别对其进行流体力学性能实验和传质实验。实验结果表明:在相同条件下,新型复合规整填料比AlCY复合填料压降降低约70%,和CY丝网填料接近,同时具有较高的泛点气速,操作弹性大,持液量较大,其理论塔板数可达5块以上。这说明新型复合规整填料结合了泡沫铁镉镍填料和泡沫铝填料的优点,其分离效率介于AlCY复合填料和CY填料之间,是一种优秀的新型复合填料。     

立装填料性能的热模实验研究

为了研究流体在同规格板波纹填料和金属丝网填料的两种不同装填方式,即平装和立装。并在全回流操作条件下,流体力学性能和传质性能的改变情况。我们以乙醇-水为物系,在直径Ф800 mm工业规模精馏塔内进行热模实验。实验结果表明:同等条件下,每米立装板波纹填料的压降比每米平装板波纹填料的压降平均降低36.52%,等板高度平均增加18.15%,分离功平均降低15.33%;而每米立装金属丝网填料的压降与每米平装金属丝网填料的压降相比,压降没有显著变化,而等板高度平均增加10.99%,分离功平均降低9.87%。     

改性塑料规整填料的流体力学和传质性能研究

主要研究了不同比表面积和开孔率塑料规整填料表面处理前后的流体力学和传质性能。结果表明：经过表面改性后,传质性能可提高约20%～35%,开孔填料经表面改性后阻力不会增加,并且在低喷淋密度时传质效率提高显著。     

碳化硅规整填料的性能实验研究

为了研究新型多孔碳化硅规整填料的分离性能,文中对碳化硅规整填料进行了流体力学实验和传质实验。为了进一步提高碳化硅规整填料的传质性能,实验用硅酸钠溶液对碳化硅规整填料进行了表面改性处理,提高了填料表面的润湿性。实验结果表明:碳化硅规整填料具有较低的压降,较小的持液量,其理论板数可达到5块板以上,说明碳化硅规整填料是一种新型高效规整填料。同时获得了该填料的填料压降、泛点气速、持液量等流体力学性能数据,及填料层压降和液泛气速的关联式。     

泡沫铝规整填料的实验研究

为了考察新型多孔金属填料的性能,对泡沫铝填料进行流体力学和传质实验研究,获得了该填料的填料压降、泛点气速、持液量等流体力学性能数据及填料层压降和液泛气速的关联式,传质实验结果显示:泡沫铝规整填料的理论板数可以达到10块以上,说明泡沫铝填料是一种新型高效规整填料。     

FGP型填料的开发及在甲醇精馏节能减排中的应用

设计开发了新型导流型填料（FGP-A、FGP-B型填料）,在冷模实验塔中以氧气-空气-水作为介质,研究分析了其流体力学与传质性能,并在相同实验条件下与Mellapak125X填料进行对比。实验结果表明,相同比表面积的FGP-A、FGP-B型填料干塔压降分别平均降低22.94%及31.99%;湿塔压降分别平均降低41.48%和47.32%;液泛气速分别平均提高4.93%及7.76%;每米填料理论级数分别平均提高26.72%和22.78%。同时结合FGP型填料流体力学与传质性能的特点,进一步将其应用到10万t/a甲醇精馏工段中。结果表明,应用FGP型填料后冷凝器热负荷降低16.01%,每年可节省冷却水461.10 kt;再沸器热负荷降低26.30%,相当于减排二氧化碳6651.83 t/a。。     

低表面张力物系在规整填料塔中的传质性能

为了研究低表面张力物系在高比表面积的规整填料塔中的流体力学性能和传质性能,选用正庚烷-甲基环己烷物系,在内径400mm的不锈钢精馏塔中对Mellapak 500Y和750Y型规整填料进行全回流精馏实验。通过测定气相负荷从小到大直至液泛的过程,得到了不同操作条件下的压降、泛点气速、传质效率的数据,给定了操作的极限。结果表明:750Y填料的传质效率优于500Y填料,但稳定性比500Y填料差,处理量比500Y填料小。且实验中气相负荷递增变化时的传质效率略低于气相负荷递减变化时的传质效率。同时,为了考察传质效率随塔高的变化,填料塔在不同高度处设置了4个取样口,测定了不同取样口中样品的组成。通过分析传质效率随塔高的变化,阐述了不同负荷范围内气相总体积传质系数沿塔高的变化规律。     

三种填料结构旋转床传质及压降性能对比

为了考察自主设计的新型板式旋转填料床传质及压降性能,分别以NaOH-H_2O和空气-水为实验体系,采用对比实验的研究方法,考察了转速、液量和气量对新型板式填料床、传统丝网填料床和鲍尔环填料床的传质与压降性能的影响。传质性能研究表明:在相同操作条件下,丝网填料床传质性能最优,但新型板式填料床传质性能与丝网填料床相差不大(<1.0 s~(-1));压降性能研究发现,气量是影响填料床压降的重要因素,且在相同操作条件下,压降值始终有丝网填料床>鲍尔环填料床>新型板式填料床,丝网填料床压降值与新型板式填料床相差33%以上。新型板式填料床在传质效率损失不大的情况下,损失了较低能耗,表现出优良的综合性能。     

小波纹齿角梯形规整填料实验研究

规整填料在过程工业中得到广泛的应用,但近年来性能改进不大,因此它的强化研究具有重要意义。文中在1套全自动的50 mm内径的精馏塔内,用乙醇-正丙醇体系对小波纹齿角梯形规整填料的流体力学和传质性能进行了研究,并与相同比表面积的Mellapak填料进行了比较。实验表明,小波纹齿角梯形规整填料单位床层压降可减小30%,同时传质效率提高了16%。小齿角梯形规整填料综合性能优良,是一种有广泛应用前景的新型波纹规整填料。     

不同规整填料旋转床的传质性能对比

采用Na₂CO₃-H₂S为体系,利用规整丝网填料和新型塑料填料的错流旋转床为吸收设备,探究了两种填料床的传质性能,通过理论推导气液传质系数K_y和K_ya的表达式,考察了液量、气液比、超重力因子对脱硫率、K_y和K_ya的影响。实验结果表明:在相同条件下,规整丝网填料床的脱硫率略高于新型塑料填料床,约为3%～4%,但K_y、K_ya和压降分别是新型塑料填料床的0.25～0.5、0.8～0.9和0.3～0.5倍。通过文献对比分析,在相近工况条件下,新型塑料填料床的K_ya比散装丝网填料床提高了1.45倍。并对实验数据进行回归,拟合出K_y、K_ya与气相雷诺数Re_G、液相韦伯数We_L和伽利略数Ga之间的关联式。     

亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验

将亲水无纺布PVC复合规整填料作为溶液除湿塔芯体,开展亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验,分析在不同空气流量、溶液流量、溶液温度下,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿率、除湿效率、传质系数和传热系数的变化。在实验条件下,除湿率、除湿效率、传质系数、传热系数最大值分别为11.05 g·kg^-1、86.7%、12.95 g·(m²·s)^-1、10.33 W·(m²·℃)^-1;与CELdek规整填料和塑料波纹孔板填料相比,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能最优。对实验数据回归分析,得到亲水无纺布PVC复合规整填料除湿效率实验关联式。     

复合塔板传质性能研究

在内径为 76mm的玻璃塔内 ,以乙醇 -水为试验物系 ,研究了复合塔板的传质性能。研究表明传质主要在塔板上的泡沫区及填料段的液膜区内进行 ,而淋降区的贡献甚小 ,并研究了影响复合塔板传质性能的诸因素 :塔板开孔率、孔径、填料类型及填料高度等 ,结果对复合塔板的设计具有一定的指导作用。     

Mass transfer characteristics of liquid films flowing down a vertical wire in a counter current gas flow

The wetted-wire packing, mainly consisting of a bundle of vertical parallel wires, is a promising concept for the use in separation columns. To investigate the multiphase flow inside the packing in detail and to estimate the performance of the packing, experiments on liquid films on a single vertical wire in a counter current gas flow were carried out. To get information about the interfacial area, an optical measurement of the film thickness was carried out with a digital high speed camera and image recognition tools. By measuring the evaporation of water and aqueous polyvinylpyrrolidone solutions into air, the gas-side mass transfer was determined. The liquid-side mass transfer was examined by measuring the desorption of CO₂ from water into air. The results show that the mass transfer coefficients are comparable to those appearing in common structured packings. When assuming a sufficiently high wire packing density, a specific interfacial area similar to corrugated sheet structured packings can be reached. Previous studies predicted a low pressure drop per packing height and extended capacity limits compared to common packings. In consideration of these results, the wetted wire packing therefore is shown to be suitable especially for absorption processes where a low pressure drop is favourable.     

带平板蒸发器的紧凑型三维脉动热管传热特性

设计制作了带平板蒸发器的紧凑型三维脉动热管,蒸发器的铜板尺寸为40 mm×40 mm×3.5 mm,内部含有平行圆通道,通道内径为2 mm;热管的冷凝段则由内、外径分别为2 mm和3 mm的铜毛细管构成。以乙醇和去离子水为工质,对该脉动热管在不同放置方式（竖直、水平和侧放）和体积充液率（20%～70%）下的启动和传热性能进行了比较研究。实验结果表明,充液率介于30%～70%之间时脉动热管大都能正常启动且稳定运行,表现出优异的传热性能。热管的启动温度随着充液率的提高而升高,启动温度由低到高排列顺序为竖直、侧躺和水平放置。竖直放置时该热管的传热性能优于水平放置,且两种放置情况下的传热性能总体上均随着充液率的减小而提高。相比于乙醇,使用去离子水时该脉动热管拥有更低的蒸发段平均温度,显示出更好的传热性能和均温性。     

新型组合式规整填料在液液萃取中的传质性能

采用质量分数30%磷酸三丁酯-煤油-醋酸-水物系,对一种新型萃取用组合式规整填料的传质性能进行了测定,考察了连续相流速和分散相流速对其传质效率的影响。实验结果表明:在相同的二相流速下,组合式规整填料的表观传质单元高度比16 mm鲍尔环平均低约54%。固定连续相流速,随着分散相流速的增加,填料的表观传质单元高度降低,传质效率提高;固定分散相流速,随着连续相流速的增加,填料的表观传质单元高度增大,传质效率降低。     

平板脉动热管传热性能的实验研究

对一种具有双面三角形通道的平板脉动热管进行了实验研究,分析了工质、充液率、倾角等对传热性能的影响。结果表明,该热管具有优异的传热性能,最佳充液率为25%~30%,最佳工作角度为90°,在相同充液率和倾角下,当采用丙酮作为工质时,热管传热性能优于水工质。     

梯度润湿表面脉动热管传热性能的研究

为提高脉动热管水平方向的运行性能,本文通过控制化学刻蚀时间,制备出冷凝段到蒸发段接触角由83.8°至0°均匀变化的纳米草结构梯度润湿表面。并将此结构引入至6弯管板式脉动热管中,在不同充液率、加热功率以及运行方向下开展可视化和传热性能试验。试验结果表明,在竖直运行时,梯度润湿表面脉动热管相比于纯铜脉动热管展现出较好的传热性能。水平方向上,相较于纯铜脉动热管几乎完全烧干、无法启动的情况,梯度润湿表面由于附加的梯度润湿驱动力,促进了液体工质的回流,脉动热管成功启动。且汽液界面脉动振幅、脉动速度以及脉动热管的传热性能显著提高,充液率50%时热阻最多降低45%。