同心圈式超重力旋转床液泛模型

同心圈式超重力旋转床是一种新型超重力旋转床。液泛是超重力旋转床流体力学的重要特征。同心圈式超重力旋转床液体分布器和转子内缘之间的环形空间内的液滴被气体夹带,液滴受到离心力和气体曳力的作用,通过建立微分方程可获得液滴径向速度为零时的液滴运动径向距离。当该径向距离小于环形空间的径向距离,此时产生雾沫夹带液泛。由此建立同心圈式超重力旋转床雾沫夹带液泛模型。实验以空气和水为物系,测定了转子直径为1000 mm、高度为100 mm的同心圈式超重力旋转床在不同转速和表观液速下气体进口和出口之间的气相压降随表观气速的变化。气相压降随表观气速的增大先缓慢增大后快速增大。用表观气速对气相压降求导和目测旋转床中心气体出口处出现大量液体被气体夹带来确定液泛点气速。通过液泛点气速求得雾沫夹带液泛模型的系数k,并对该系数k进行关联。该雾沫夹带液泛模型的计算值和实验值吻合很好,平均偏差为3.1%。该模型优于Sherwood液泛模型,对同心圈式超重力旋转床的工业应用提供了必要的设计依据。     

新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟

针对折流式旋转床压降高、能耗大的问题,提出了一种新型超重力旋转床设备--径向叶片式旋转床。首先,对该旋转床的压降进行了理论分析和建模,并利用水-空气体系进行了实验研究。通过改变气量、转速和液量探究了新型径向叶片式旋转床压降的变化规律,结果表明压降随气量、转速和液量的增加而增加,且随着气量和转速的增加,液量对压降的贡献逐渐减小。压降模型的预测值与实验数据的相对偏差基本在10%以内,表明模型可以较好地预测新型径向叶片式旋转床的压降。另外,通过计算流体力学（CFD）软件的模拟获得了旋转床内气相流场和压力分布的结果,发现转子内压降是总压降的主要部分;气体进入转子后会因叶片作用使得周向速度变大,并在转子外缘处达到最大值;气体的进口流速将会影响旋转床内的气相分布。利用实验数据对CFD模拟结果进行了验证,两者的相对偏差在10%左右。     

折流式超重力旋转床转子结构对气相压降的影响

折流式超重力旋转床是继旋转填料床之后出现的一种新型高效的气液传质设备.今采用空气-水系统对折流式旋转床进行了气相压降实验,考查了折流式转子结构对气相压降的影响,建立了折流式旋转床干床气相压降的理论模型.实验结果表明:折流式旋转床转子结构对气相压降影响较大,在动静折流圈结构不变的情况下,动静盘垂直间距存在某一最优值,通过实验得到了实验中所用的折流式旋转床的最佳转子高度为90 mm,实验也验证了旋转床设计时采用的等通流面积原则是符合气体运动规律的;干床压降理论模型的计算结果与实验值符合较好,为建立湿床压降模型奠定了基础.     

错流旋转填料床气相压降特性

旋转填料床的气相压降是旋转填料床应用和设计的一项重要指标。在气液两相错流流动条件下,利用空气-水系统对错流旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。按照错流旋转填料床气体流动的路径将气相压降分为进口压降、填料层压降、集气段旋转动能转化压降和出气段压降。推导出压降与操作工况的关联式,其计算值与实测值吻合较好。实验表明错流旋转填料床的气相总压降与气体流量、旋转床转速、液体流量有关。在高转速和小气量的条件下,气相压降随气量增大先下降后上升;其他情况随气量增大而上升。错流旋转填料床气相压降随转速上升而下降,在小气量情况下转速对气相压降有明显影响。气相压降随进液量的增大而增大,当旋转填料床在低转速时进液量对气相压降有明显影响。     

折流式超重力旋转床的液泛

在Wallis提出的气液两相逆流液泛关联式的基础上,建立了折流式超重力旋转床的液泛关联式. 以空气-水为物系,对转子直径288 mm、高55 mm的折流式旋转床进行了液泛实验. 旋转床转子采用动圈开单排孔和动圈开多排孔2种结构,用实验数据拟合出这2种结构的液泛关联式参数. 结果表明,随着气液流动参数的增加,折流式旋转床的液泛能力因子减小. 转速每增加100 r/min,液泛能力因子平均减小0.007 m/s. 在相同条件下,多排孔转子液泛能力因子比单排孔高8.5%.     

折流式旋转床持液量的研究

将折流式旋转床分成若干液体流动区,计算流动区内动、静圈壁上液膜及动、静圈之间液滴的运动时间,在此基础上建立折流式旋转床持液量模型. 以空气-水为物系,在直径300 mm、高51 mm的折流式旋转床中进行实验,分别测得不通和通空气时转子的持液量,用实验数据拟合出持液量模型参数. 结果表明,转子持液量随液量和气量增加而增加,随转子转速增加而减小,高转速下气量对持液量的影响明显减弱. 折流式旋转床不通气持液量为2.35%~3.68%,是普通丝网旋转填料床不通气持液量的1.32~2.06倍.     

错流同心圆环旋转床的气相压降

在转速为865～1 300 r/min、液体体积流量为0～1600 L/h的情况下,以空气-水为体系,在直径为400 mm的错流同心圆环旋转床内,对其气相压降进行分段模型化和实验研究,并得到了压力降与操作工况的关联式.该关联式的计算值与实测值比较吻合.实验结果表明,错流同心圆环旋转床的湿床压降比干床压降大,气相总压降随气量和转速增大而明显增加,但随液量增大而缓慢增加.     

折流式旋转床气相流场数值模拟研究

采用CFD方法对折流式旋转床气液两相流动及压降进行数值模拟,建立了二维物理模型,研究了折流式旋转床转速、动静圈对数、进气量对气相压降和气相流场的影响,并用实验数据对模型进行验证. 结果表明,计算与实验相对误差在15%以内. 气相压降随进气量和动静圈对数增加而显著增大;转速增加,压降增大,但不明显,压降主要集中在转子内部,占总压降的88%~97%,其中转子压降的55%~73%由拐弯处的摩擦阻力引起;气体在静圈下隙存在回流,在动圈上隙气体流动缓慢,存在流动死区,气速主要以切向速度为主(占80%以上),峰值位于转子外缘,并与气体入口存在较大速度梯度,径向和轴向速度所占比例较小,且因位置不同而不同. 速度变化和压降的变化是转速、进气量和动静圈数等共同作用的结果.     

超重力旋转床气相压降模型研究进展

超重力旋转床是一种高效的气液接触设备,可极大地强化气液传质过程,在化工、材料、冶金、能源、环保等领域有着广泛的应用前景。气相压降是超重力旋转床设计、选型时需要考虑的一项重要指标。自从超重力旋转床问世以来,人们对其气相压降进行了较为广泛的研究。对近年来国内外超重力旋转床的气相压降模型研究进展进行了综述。分别从逆流式旋转填料床、错流式旋转填料床、折流式旋转床3方面具体介绍了各压降模型的研究方法并进行了对比,最后对超重力旋转床气相压降模型研究的方向与重点做了简要分析。     

折流式旋转床出口气相流场研究

采用实验的方法对折流式旋转床气体出口流场进行研究。实验在旋转床壳体直径为724mm,气体出口直径为152mm的折流式旋转床中进行,在常温常压空气单相的情况下采用5孔探针测量了不同转速和气量下旋转床出口位置的气相流场。实验得到了不同转速不同气量下气相切向、径向和轴向速度随无因次半径变化的流场分布情况,从而为折流式旋转床的设计提供理论基础。     

折流式旋转床的流体力学行为(英文)

As a high gravity (HIGEE) unit, the rotating packed bed (RPB) uses centrifugal force to intensify mass transfer. Zigzag rotating bed (RZB) is a new type of HIGEE unit. The rotor of RZB consists of stationary discs and rotating discs, forming zigzag channels for liquid-gas flow and mass transfer. As in RPBs, some hydrodynamic behavior in RZB is interesting but no satisfactory explanation. In this study, the experiments were carried on in a RZB unit with a rotor of 600 mm in diameter using air-water system. The gas pressure drop and power consumption were measured with two types of rotating baffle for RZB rotors, one with perforations and another with shutter openings. The circumferential velocities of gas were measured with a five-hole Pitot probe. The pressure drop decreased rapidly when the liquid was introduced to the rotor, because the circumferential velocity of the liquid droplets was lower than that of the gas, reducing the circumferential velocity of gas and the centrifugal pressure drop. The power consumption decreased first when the gas entered the RZB rotor, because the gas with higher circumferential velocity facilitates the rotation of baffles.     

Performance of a rotating zigzag bed—A new HIGEE

As a new kind of rotating equipment, rotating zigzag bed (RZB) is structurally unique and has many superior features. The RZB is characterized by a rotor coaxially combining a rotating disc with a stationary disk. Compared with a conventional rotating packed bed (RPB), the RZB can function without liquid distributors, eliminate one dynamic-seal, and easily accommodate and accomplish intermediate feeds in continuous distillation processes. The RZB also effectively increases the contact time of gas and liquid phases and thus, enhances the mass transfer capacity. In this work, the principles of the RZB are presented. The hydraulic and mass transfer performance of the RZB was investigated. Experimental results showed that the pressure drop of the RZB increases with the increase of the rotational speed and the gas flow rate, but decreases with the increase of the liquid flow rate. A semi-empirical equation was proposed to correlate the pressure drop data with good agreement. The mass transfer efficiency of the RZB decreases with the increase of the reflux rate at lower reflux rate, but levels off at higher reflux rate. The number of theoretical plates of the RZB increases with the increase of rotational speed of the rotor. However, at a higher rotational speed, this trend is not obvious. In addition, some considerations for further work are discussed.     

同心圈式旋转床的精馏实验

同心圈式旋转床是一种新型超重力旋转床,其转子由一组多孔板同心圈构成,相邻同心圈之间无填料或填充填料。液体在同心圈上存在滑移效应,滑移效应能够增大气液比表面积和改善液体在同心圈上的周向分布。本文采用乙醇-水物系对转子直径为1.0m的大型同心圈式旋转床进行全回流常压精馏实验,实验选用无丝网填料同心圈和填充丝网填料同心圈两种转子。实验结果表明,本大型同心圈式旋转床具有较大的处理量,其等板高度（HETP）随F因子和超重力因子的增大先减小后增大。填充丝网填料同心圈转子的HETP小于无丝网填料同心圈转子。在超重力因子为563.4和F因子为5.5(m/s)(kg/m³)^0.5时,填充丝网填料同心圈转子的等板高度达到最小值51.5mm,每块理论板气相压降为1.5kPa。通过实验数据拟合得到了两种同心圈转子的HETP经验关联式。与折流式旋转床相比,同心圈式旋转床具有高通量和低压降的优点。     

折流式旋转床静圈对其性能的影响

折流式旋转床是一种新型的超重力旋转床,其核心部件是动、静结合的转子,转子由安装了动圈的动盘和安装了静圈的静盘上下相互嵌套而成。本实验中使用了一个常规的折流式转子（转子Ⅰ）和一个具有较短静圈的折流式转子（转子Ⅱ）,在常压下分别以乙醇-水体系和空气-水体系对两个折流式转子进行了传质性能与流体力学实验,考察了静圈对折流式旋转床的传质、压降和功耗的影响。结果表明,静圈能明显强化传质过程,与转子Ⅰ相比,转子Ⅱ理论塔板数大约降低了的50%;转子Ⅰ的传质效率随转速的增大而增大,当转子的转速从400 r/min增加到1200 r/min,转子Ⅰ的传质效率增大了约40%,而转子Ⅱ的理论塔板数变化不明显;静圈使折流式转子具有较大的压降和功耗,转子Ⅱ的压降为转子Ⅰ的20%～50%,轴功率为转子Ⅰ的60%～80%。     

折流式旋转床气相流场实验研究

在转子直径488mm、高104mm的折流式旋转床中采用五孔探针测量了不同转速和气量下旋转床转子内腔的三维气相流场,对测定结果进行了分析,得到了气相流场矢量图.结果表明,旋转床转子内腔的气体螺旋式上升和下降,以切向气速为主,轴向气速和径向气速均较小.根据气体角动量守恒定律,越靠近旋转床轴心切向气速越大.同时分析了气体流量和转子转速对流场的影响,并获得了转子内腔的气体总压和静压分布.依实验数据计算出,当距离旋转床轴心的半径减小16.97%、转子转速增加54.18%、气体流量增加3.11倍,气体切向速度分别增加12%～41%,58%～88%和29%～73%.由无因次气体雷诺数、无因次半径和离心加速度,得到了计算无因次切向气速的经验公式,预测与实验结果吻合较好.