填料塔气液并流接触时压降的研究

以内径72 mm的玻璃吸收塔为主体,分别采用Mellapack-250X型金属孔板波纹规整填料以及Dg16塑料阶梯环散堆填料作为传质媒介。以水-SO2作为研究体系,结合气液逆流接触吸收试验对比分析气液并流接触时填料层压降的情况,并分别考察了气相动能因子F和液气比L/V对填料吸收塔气液并流接触时填料层压降的影响。填料层压降随着气相动能因子F的增大呈指数型增长,随着液气比的增加而升高,并流操作时的影响相对逆流操作时变化幅度较小。通过试验结果拟合出相应压降的关联式,为进一步的工艺设计与优化提供相关依据与理论指导。     

气液向下并流填料塔的流型和压降

本文提供了气液向下并流填料塔内的流型转变点数据和压降数据,并对文献中提出的几个流型图和压降公式进行了验证。     

气液并流填料塔的持液量

本文提出用静持液准数E对文献及本试验静持液数据进行关联;在受力分析基础上得到单相持液的半经验关系式,使用范围及精度均比文献值有所提高。对脉冲流区后的动持液量提出了单独的经验关联。     

气液并流筛板流态的模拟

文章利用CFX软件对开孔率为17%、150×120 mm的矩形气液并流筛板的气液两相流态进行模拟,分析了气液两相并流筛板的传质传热机理及筛板压降产生的主要原因。通过模拟研究了气液两相并流时气相和液相流量变化分别对塔板压降产生的影响。     

气液向下并流填料塔的持液量

用φ15mm的陶瓷拉西环和塑料鲍尔环填料,在内径153mm的有机玻璃塔内,采用空气-水体系,测量了气液向下并流流动时的持液量数据。以Bemer等人提出的颈缩管模型为基础,推导了向下并流填料塔内的持液量计算式,较好地关联了本实验和Dodds等人的结果。并检验Larkins,Charpentier,佐藤等人提出的持液量关联式。     

双效并流立体旋液式塔板压降的实验研究

采用全新工艺流程,设计了一种新型双效气液并流吸收塔,塔内安装有改进型立体旋液式塔板。分别以空气、空气-水作为研究体系进行实验,考察了不同操作参数与塔板结构参数下双效气液并流吸收塔的干塔压降、湿塔压降以及立体旋液式塔板的干板压降、湿板压降,明确了双效气液并流吸收塔的操作参数范围。实验结果表明:立体旋液式塔板单板干板压降及湿板压降分别控制在70 Pa,180 Pa以内。在一效、二效各逆向安装3块塔板,全塔共完全安装6块塔板时,全塔压降最大,但是干塔压降及湿塔压降可分别控制在2 400 Pa,2 800 Pa以内,双效气液并流吸收塔与立体旋液式式塔板的组合在能耗及操作弹性方面优势明显。     

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。     

喷射式并流填料塔板的研究

Experimental study on hydrodynamics and mass transfer efficiency of jet coflow packing tray (JCPT) was conducted in a φ285 mm column and a φ200 mm column, respectively. Compared with new vertical sieve tray which has been applied in the petrochemical industry since 1968, the JCPT has lower pressure drop, higher capacity and higher mass transfer efficiency, and seems promising in commercial application.     

旋转填料床气液两相流场的仿真分析

通过合理简化旋转填料床(RPB)结构,建立了三维物理模型,利用商用软件Fluent的计算平台,采用欧拉两相流模型和多孔介质模型对旋转填料床内的气液两相流场进行了仿真分析,深入分析了其压力场分布和速度场分布,并在此基础上对比了气相压降随旋转床转速变化的仿真结果与实验结果,两者变化趋势一致,表明所建立模型能近似地模拟旋转填料床的流场分布,并指导理论研究和实验研究进一步深入。     

整体式碳化硅填料旋转填充床并流压降特性研究

以空气-水为研究体系,在并流旋转填充床内采用整体式碳化硅(SiC)填料,利用单因素法,分别考察了转速、气量对干床压降的影响以及转速、气量、液量对湿床压降的影响。实验结果表明,对于干床压降,压降随转速的增大而减小,随气量增大而增大。当气量为183 m3·h-1、转速为1400 r·min-1时,压降为-140 Pa左右;对于湿床压降,压降随转速增大而减小,随气量增大而增大,液量变化对湿床压降影响不大。当气量为183 m3·h-1、液量为340 L·h-1、转速为1400 r·min-1时,湿床压降为-160 Pa左右。通过对实验数据的关联,分别得到了干床和湿床压降的关联式,与实验结果的偏差均在±15%以内。     

摇摆对气液并流模式立体旋流筛板压降的影响研究

以空气-水为实验介质,在喷淋密度78～182 m³·(m²·h)^-1、气相动能因子1.19～2.77 m·s^-1·(kg·m^-3)^0.5、摇摆幅值Θ=5°～15°、周期T=8～20 s的条件下,测定了气液并流模式下立体旋流筛板(TRST)的压降,考察了气液通量、塔板数量、位置和方式对压降的影响,并与直立和倾斜工况对比。结果表明：增加倾斜及摇摆角度干板压降略微下降;摇摆时的湿板压降介于直立和倾斜之间,受摇摆角度影响较大,基本不受周期影响;增大气量有利于抵抗倾斜及摇摆的影响,而增大液量会使倾斜及摇摆的影响作用加剧。整体上,塔板顺、逆向安装时的湿板压降分别在100 Pa和170 Pa以内,而逆向安装的变化率约为顺向的2倍,这是由于逆向安装下改变了气液流动方向,增大了能量损失。建立了气液并流摇摆工况下TRST的湿压降预测模型,相对误差在15%以内。     

Flow regimes and pressure drop of a composite tridimensional rotational flow sieve tray under concurrent gas-liquid flow

A composite tridimensional rotational flow sieve tray (CTRST) is proposed. The flow patterns of CTRST were visually categorized, combined with the standard deviation of the pressure difference. In the TRST area of the internal packing-type tray, the membrane-drip column and foam-embolic flow is present, while bubbly and milk froth-ribbon flow is present in the packing area of the external packing-type tray. The effect of the tray structure parameters on the pressure drop under co-current flow was investigated. The dry and wet pressure drop is within 160 and 900 Pa, respectively. Under the same structural parameters, the pressure drop of the internal packing-type tray was higher than that of the external packing-type tray. The flow characteristics of the standard tray under the countercurrent flow were compared. The CTRST was found to be more suitable for co-current flow. A prediction model pressure drop under co-current was established with an error of 15.5%.     

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。     

Comparative study of dry pressure drop and flow behaviour of gas flow through sieve plate packing

Sieve plate packing is a newly developed packing that has been used in several industries due to its simple structure and operating flexibility, and no liquid flooding. In this work, first, systematic experiments were conducted to measure the pressure drop of gas flow through six sieve plate packings. The results indicated that the geometric characteristics of the packing have complicated effects on the pressure drops. Based on this, CFD simulations on the gas flow field were conducted using the realizable k-ε model, and flow behaviours such as the pressure drop, pressure nephogram, and velocity distributions within different packings were obtained. The simulation results clearly showed interesting flow patterns, including the contraction and expansion of the gas stream through the sieve hole, the flow separation on the sharp edge of the hole, and the vortexes formed when gas impacts the downstream plate. By comparing the flow patterns and the pressure drop under different packings operating at different conditions, the effects of the geometric characteristics of the packing on the pressure drop could be clearly distinguished from the flow behaviours, so that the variations in pressure drop with various packing structures were clearly indicated. Finally, based on the experimental data and the simulated results, correlations for the prediction of the pressure drops were proposed. This work will provide a useful basis for understanding the flow behaviour of gas and liquid two-phase flow in sieve plate packing.     

气液两相并流下行通过堆叠筛板填料的压降特性

堆叠筛板填料已在核电站放射性气体除气塔中得到成功应用。针对这一新型填料的应用设计,在较广泛的气液流量下,对气液并流下行通过不同规格堆叠筛板填料的阻力特性进行了系统的实验。实验填料共6种规格,孔径参数包括6、10和14 mm,不同孔径填料对应不同的孔间距、板间距,每种孔径填料具有正方形和正三角形两种筛孔分布方式。通过压降数据分析,研究了流动参数和几何参数（孔径、开孔率、布孔方式、板间距）对气液两相并流通过填料的流动行为及压降特性的影响;结合多孔板阻力系数经验公式提出了堆叠筛板填料干板阻力系数的计算模型,模型很好地反映了不同几何参数对干板阻力系数的影响,预测偏差在5%范围以内;基于均相流模型提出了堆叠筛板填料气液两相压降的预测模型,模型预测偏差在10%范围以内。研究工作对堆叠筛板填料塔的应用设计及进一步的传质动力学研究有一定参考价值。     

气-液并流通过堆叠筛板填料的脉冲流特性

通过高速摄像机和压力传感器测量,对脉冲流的产生机理、筛板数的影响、液相脉冲传播速度及频率进行了系统的研究。实验发现：脉冲流是重力和气流曳力作用下,孔口液相波动在向下传播过程中被叠加放大的动力学过程,且与气、液流量及筛板数密切相关;一定气量下,脉冲流的产生需要有一个最小（临界）液相流量,且增加液量可促进局部脉冲的产生,并使液相脉冲传播速度与频率均增大;临界液量之上,增大气量,气相的扰动作用增强,局部脉冲越容易产生,从而导致脉冲传播速度与频率均增大;进一步增大气量,液相脉冲会被逐渐分散,导致脉冲传播速度与脉冲频率均减小。增加筛板数,有利于增强脉冲流强度,从而导致脉冲流范围变宽,当筛板数少于三块时不会出现脉冲流。最后,基于实验结果分析,提出了脉冲传播速度及频率的预测关联式。     

双阀重浮阀塔板的干板压降

应用Bolles理论和Klein的各项数据通过对浮阀塔板上安装2种质量不同的浮阀的压降特性进行模拟,开发了新的计算双重浮阀开启和全开时的各平衡点的表观孔动能因子公式以及建立了5个阶段计算压降的方法.对特定的条件进行了计算得到了比较合理的结果.采用各平衡点表观孔动能因子公式可以对双阀重的浮阀塔板的操作弹性有更准确的预计.     

多旋臂气液旋流分离器压降特性试验

为强化气液离心分离过程,实现在大直径分离器内的气液旋流高效分离,设计构思了一套多旋臂气液旋流分离设备,为气液分离大型化设计提供了一种新思路。在纯气流条件及不同的旋流臂喷出气速下对该分离设备进出口静压差进行了测量,实验结果表明,旋流分离设备静压差在整个运行过程中较为稳定,有较强的可预测性,无量纲标准偏差维持在2%以内,总压降与旋流臂出口气速呈现出良好的平方关系。进一步将总压降分解为入口及旋臂摩擦损失、分离器空间内摩擦损失和出口管路摩擦损失三个部分进行详细测量,获得了各部分压降与旋流臂出口速度头的定量关联模型,发现分离器空间内摩擦阻力损失在总压降中占比最大。GLVS总压降主要受旋流臂出口气速影响,加入液相后对压降影响很小。该旋流分离设备的阻力系数与普通旋风分离器相当,根据四组不同结构尺寸的旋流头得到了阻力系数与旋流头关键设计参数的关联式,为进一步结构优化提供了参考。     

微通道内伴有化学吸收气液两相流的空隙率与压力降

微通道内气液两相流空隙率与压力降对微反应器的热质传递性能有显著影响,是微反应器的重要设计参数。采用高速摄像仪和压力测量系统分别对矩形微通道内单乙醇胺水溶液化学吸收CO₂过程的空隙率和压力降进行了研究,考察了弹状流下气液两相流量与化学反应速率对空隙率及压力降的影响。结果表明:当液相流量一定时,微通道内空隙率和压力降均随着气相流量的增大而增大,空隙率随化学反应速率的增大而减小,压力降随化学反应速率的增大而增大;当气相流量一定时,随着液相流量和化学反应速率的上升,微通道内空隙率下降,而压力降上升。提出了微通道内伴有化学吸收的空隙率和压力降的半理论预测模型,模型平均误差分别为15.79%和11.12%,显示了良好的预测性能。