高通量塔板悬挂式降液管击穿漏气的气液相研究

采用空气-水物系,在直径为500mm的有机玻璃塔中对底部分别开有8个和12个液流孔的悬挂式降液管的漏气进行了研究,并在假设漏入降液管的气体产生的压降与板压降相等的基础上建立了击穿漏气模型.结果表明,当塔内的气体流量逐渐增大,漏入的气体以气柱的形式连续进入降液管时,降液管液层被击穿,降液管无法正常操作.根据实验数据得到了击穿漏气模型的关联式,关联式的计算值与实验值吻合较好.开有12个液流孔的降液管在液流孔的真实漏气气速为1.40 m/s时,漏入的气体会击穿降液管液层.     

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。     

红外热像仪测量多降液管塔板液相等停留时间分布的实验研究

多降液管塔板目前在精馏、吸收和解吸等领域应用日益广泛.多降液管塔板由于降液管悬挂,且上、下塔板的降液管垂直布置,故它的液相流场分布较为复杂.提出了测试塔板上液相流场分布的一项新技术:与塔板上液体同质的高温示踪剂液体在塔板上阶跃注入,用红外热像系统拍摄高温示踪剂液体的流动,从而作出塔板上等停留时间分布图.实验在直径1200 mm的有机玻璃塔中进行,测试塔板为单根悬挂降液管塔板和两根悬挂降液管塔板,物系为空气-水.实验得到不同液量下单根和两根悬挂降液管塔板上等停留时间分布图.结果表明:该测试技术方便、精确、且示踪剂对塔内液体无干扰污染.多降液管塔板存在滞流区,且滞流区随液量增大而增大.     

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。     

提高悬挂式矩形降液管塔板效率的研究

分析了影响悬挂式矩形降液管塔板(DJ塔板)效率的原因,并提出在塔板的受液区安装防冲击漏液装置以及在塔板下方复合填料来提高塔板的传质效率.在一(Φ)300 mm的热模塔内,以乙醇-水为物系,全回流的情况下测定了受液区设置防冲击漏液装置以及塔板下方复合规整填料的DJ塔板的全塔效率.试验结果表明受液区设置防冲击漏液装置的DJ塔板的塔效可提高5%～10%;塔板下方复合100 mm规整填料的DJ塔板的塔效可提高15%～25%,比弓形降液管F1型浮阀塔板高5%～15%.     

多降液管筛板塔的设计计算

简要介绍多降液管筛板塔的特点及塔板参数的设计计算方法。     

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。     

弓形降液管两相流动的CFD模拟

采用欧拉两相流模型,模拟了弓形降液管内的空气一水两相流动,得到了与弓形降液管堰长垂直截面上的气含率分布与两相的速度分布.结果表明,降液管底部气含率低,中部的气含率增加显著,上部的气含率较高.液相对气相有很强的夹带作用,同时气相的浮力对于液相流动也有一定的阻碍作用.将模拟结果与文献进行对照,两者吻合较好,说明提出的模型对于降液管内流体流动状况的模拟是合适的.     

复合塔板上气液穿孔流动测试方法

开发了多路电导测试系统,用于复合塔气液穿孔流动的研究。在开孔率20％的复合塔板上,布置了86路电导探针,在多种操作状态下,详细测定了通气、通液、阻塞筛孔数所占的分率以随气液流量变化的情况。为复合塔板气液流动规律的分析和结构改进提供了新的依据。     

板式塔降液管中高气含率两相流研究

设计了盐水－空气系统试验装置模拟高压塔降液管中高气含率的两相流，采用毛细管光电检测技术测定了降液管中气含率分布和气泡直径分布，并与水－空气系统非高气含率的分布作了比较。实验结果与按上升气泡速度所预测的气含率相符合。     

复合塔板气液运动的实验研究

采用多路电导测试系统,在直径500mm的冷模塔内,以空气-水为试验物系,研究了开孔率20%和25%复合塔板上的气液运动规律.实验揭示了气液穿孔运动的三种状态通液、通气和阻塞,并对复合塔板的气液运动机理进行了阐述.实验考察了空塔动能因子F、喷淋密度LV和开孔率φ对通液率、通气率和阻塞率的影响,分析了筛孔真实气速与复合塔液泛点关系.结果表明F因子增大,通气率也增大,而通液率和阻塞率减小;喷淋密度增加, 通气率下降,通液率上升;开孔率较大,则通气率较小,通液率和阻塞率较大;在实验范围内(开孔率20%及25%、喷淋密度5～40m3·(m2·h)-1的情况),复合塔液泛点的筛孔真实气速在11m·s-1左右,为其它物系确定操作上限提供了依据.     

Recirculation and flow structures of gas in downcomer section of a concentric cylindrical airlift reactor

Recirculation and flow structures of gas in the downcomer section of a concentric cylindrical airlift reactor for air-water systems were studied, using an optical probe and the cross-covariance technique. A semiempirical model for predicting the gas recirculation rates in airlift reactors was developed based on the concept of ideal bubble flow. The entrained gas rate and the gas recirculation rate increased as the superficial gas velocity increased. There were nonuniform radial distributions of local gas holdup and air flow rates in the downcomer. Air flow rates in the downcomer depended on the superficial gas velocity and the distance from the top of the draft tube, but not on the superficial liquid velocity for this experimental range.     

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。     

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。