泡沫碳化硅波纹规整填料内的液体流动特性

通过采用配备微距镜头的高速摄像仪记录单波纹片上的液体流动行为,发现了泡沫碳化硅波纹规整填料内同时存在液膜流动和准壁流两种液体流动模式。同时测定了组合波纹片之间的液体传递量,并将泡沫碳化硅波纹规整填料与金属丝网波纹填料和金属板波纹规整填料的测试结果进行比较,结果表明泡沫碳化硅波纹规整填料的单波纹片上的液体扩散程度较大,组合波纹片之间的液体传递量高于金属丝网波纹填料和金属板波纹规整填料。研究结果揭示了泡沫碳化硅波纹规整填料具有高效传质特性的根本原因在于其独特的三维空间网孔结构增强了液体在单波纹片上的横向扩散能力和在组合波纹片之间的径向传递能力,为新型高效规整填料的机理研究和进一步开发开拓了思路。     

泡沫碳化硅陶瓷波纹规整填料的全生命周期成本评价

利用全生命周期成本理论（LCC）方法,对新型泡沫碳化硅陶瓷波纹规整填料（SCFP-SiC）和传统的金属波纹板规整填料（SCMP）从原材料采购、填料生产以及使用的整个生命周期进行经济评价比较。结果表明,SCFP-SiC填料的生产成本相比SCMP填料的生产成本偏高,但SCFP-SiC填料生产成本受原材料价格波动影响较小;在使用阶段,无论是降低塔高从而降低固定成本方面,还是降低回流比从而降低可变成本方面,SCFP-SiC填料均具有总成本优势。另外综合新型SCFP-SiC填料所具有的超强耐腐蚀性能,未来使用新型泡沫碳化硅陶瓷波纹规整填料替代传统金属波纹板规整填料具有明显的经济性优势。     

液相流动方式对波纹规整填料性能的影响

根据液相在波纹规整填料片上呈现渗流、膜状流等不同的流动方式,选择5种不同的波纹规整填料对其流体力学和传质性能进行研究,以探究液相在波纹片上的流动方式对波纹规整填料性能的影响.研究结果表明,液相呈渗流流动的泡沫碳化硅波纹规整填料(SCFP型)有利于液体横向扩散和液膜均匀分布,当液相喷淋密度和气相F因子均较小时,其压降最低,传质效率最高;液相主要呈渗流流动、兼有膜状流动的双层错孔丝网填料(DMⅢ型)有利于波纹片两侧液体交换,强化液体在流动过程中的扰动,其压降及传质性能略逊于SCFP型填料;液相主要呈膜状流动的BX型、DMⅠ型及DMⅡ型填料波纹片表面液膜较厚,横向扩散能力差,其传质效率低于SCFP型和DMⅢ型填料.研究揭示了依靠渗流作用的波纹规整填料具有较好的应用性能,为波纹规整填料的进一步发展开拓了新思路.     

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.     

规整波纹填料内气体流动和传质的CFD模拟

为了研究规整填料局部特征单元内流体的流动状况和传质效果,采用计算流体力学的方法对JKB-250Y交叉波纹填料以及增加隔板后的JKB-250Y交叉波纹填料进行了模拟计算比较。结果表明,加入隔板后有效改善了传质的局部均匀性,并且消除了两股气体交叉流动带来的阻力,降低了通道的单位压降。增加隔板后的交叉波纹填料压降比传统交叉波纹填料压降降低20%~50%,增加隔板后的交叉波纹填料传质系数比传统交叉波纹填料传质系数提高约20%,可见提高传质分布的局部均匀性是提高传质效率并且降低阻力的较为有效途径之一。     

波纹形规整填料的几何关系

由波纹形规整填料的几何形状,严格推导出其各几何量之间的关系和成形的填料板片与其成形前原始板片的纵向及横向收缩比,这将有利于填料制造厂商改进产品质量,和有依据地进行成本核算。并探讨了液滴在波纹板片上的流动轨迹,有助于对液体在这类填料层内分布作进一步研究。     

高效规整填料性能和应用

介绍国外各种高效规整填料和天津博隆公司的专利产品——Ｃｈｉｎａｐａｋ规整填料的性能和应用。     

泡沫碳化硅波纹规整填料骨架结构对其传质性能的影响机理

在?100mm×2000mm的常压精馏塔中使用乙醇-正丙醇作为标准物系,对6种不同骨架结构及表面性质的泡沫碳化硅波纹规整填料（SCFP）的传质性能及操作压降进行了实验测试,探究了结构对填料传质性能的影响。结果表明,6种填料都有着较优秀的传质性能表现,理论板最低可达每米5块。其中,纯质碳化硅型填料的整体传质性能要优于富硅型填料;随着孔隙率的增大,富硅型填料的传质性能有所下降,纯质碳化硅型填料的性能则有所提高;压缩比的增大有利于纯质碳化硅填料的传质性能。在压降表现方面,6种填料的操作压降均随着气相负荷的增大而有所增加,但彼此之间差异不大。同时采用紫外荧光示踪剂方法对单波纹片上液体的流动行为进行了观察,对不同填料表面液体的润湿面积、横向润湿长度进行了对比,结果表明,传质效率表现较高的填料其表面的液体润湿效果更好,有着更大的润湿面积、更长的横向润湿长度。     

规整填料塔内流体流动研究进展及展望

阐述了规整填料塔内流体流动研究的进展 ,在理论研究方面 ,用五种模型对国内外学者的研究进行了分类和细致地描述 ,并对各模型进行了评述 ;在实验研究方面 ,对各种实验方案进行了归纳总结 ,论述了各自的优缺点。对该领域的研究进行了展望 ,认为用计算流体力学模型来描述规整填料塔内流体的流动将是今后的发展方向。     

泡沫碳化硅脉冲规整填料的气相流场模拟研究

为了研究泡沫碳化硅填料内流体的流动状况并降低压降值,开发了具有脉冲结构的泡沫碳化硅规整填料,采用计算流体力学的方法,建立了具有周期性边界条件的三维模型对其气相流场进行模拟。通过与FSP-500Y填料实验数据的比较,完成了对模型的验证。研究结果表明,在45°泡沫波纹板内加入脉冲区结构能有效改善填料内流体流动的均匀性,减小传统波纹板结构交叉点处的流动阻力,降低填料内的单位压降,实现填料结构的优化。通过对比发现,脉冲结构数量相同,增加脉冲高度可降低填料压降;脉冲总高度相同时,减小脉冲高度,增加脉冲区个数可有效地减小填料的阻力损失。脉冲区的加入可使原规整填料压降降低15.5%~41.1%。     

规整填料精馏塔的设计计算

通过大量的文献调研，比较了规整填料精馏塔和板式塔的优缺点，对规整填料精馏塔内压降、传质及液泛时压降的计算公式进行了比较，总结出设计计算规整填料精馏塔的步骤与方法，为规整填料精馏塔的应用提供了基础。     

高通量催化精馏规整填料的流体力学性能

介绍了一种可应用于催化精馏工艺的高通量催化精馏规整填料(HCCP),并对其流体力学性能进行了研究与讨论。以空气-水物系为介质在内径为400 mm的冷模精馏塔内进行实验,测量了该填料的干湿塔压降、持液量等流体力学性能。高通量催化精馏规整填料在结构方面进行了改进,使催化剂装填量可控,实验结果表明:填料在降低塔内压降、增加通量方面具有明显优势。最后对实验数据进行回归,获得经验关联式;实验测量值与公式计算结果吻合较好,这表明,数据回归获得的关联式可用于预测一定操作条件下填料的流体力学性能,用于工业实践及设备放大。     

规整填料波纹结构上的二维两相流模拟方法

规整填料是由规则排列的波纹板组成的。液相是沿着波纹板壁面往下流动,而气相则是在波纹板之间形成的通道内与液相呈并流或逆流的状态。因此,气液两相的水力学特性决定着填料塔的操作弹性和质量传递效率。波纹板上的液膜流动状态因在很多应用领域都发挥作用而备受关注。本文从物理建模、自由界面处理方法、表面张力模型以及湍流模型等方面对规整填料波纹板上的二维液膜数值模拟方法作了详细的陈述,并且对该领域的研究现状作了进一步分析和总结。     

新型垂直板规整填料流体力学及传质性能

采用氧解吸实验,在直径190 mm的有机玻璃塔内,液相喷淋密度10～38 m³·m^-2·h^-1,F因子0.2～3.2 m·s^-1·（kg·m^-3）^0.5的实验条件下测定了一种新型垂直板规整填料的流体力学及传质性能。实验结果表明：垂直板填料的操作压降及传质性能均显著优于商业波纹填料。通过与几种经改进的250型波纹填料相比发现,两者泛点F因子整体上相当;在较高液体喷淋密度下,垂直板填料传质性能及压降均高于改进250型波纹填料;在低喷淋密度下,垂直板填料可实现压降低于改进250型波纹填料,而两者传质性能相当。此外,对填料结构改进对其性能的影响进行了单因素考察。     

高通量催化精馏填料的停留时间分布研究

介绍了高通量催化精馏规整填料(HCCP),是一种模块化催化精馏规整填料。停留时间分布(RTD)是催化精馏填料的重要性能参数,同时影响着填料的分离效果和塔内化学反应的进行,着重研究了高通量催化精馏填料的RTD问题。实验在内径为400 mm的冷模塔内进行,常温常压下以空气-水为介质,氯化钠水溶液作为示踪剂,通过脉冲注入的扰动-响应技术获得RTD曲线。采用轴向扩散模型分析RTD曲线,可得出模型参数彼克列数PeL及填料的持液量、轴向扩散因子Dax。结果表明,该填料内的返混现象较轻微。分析计算的结果即可用于填料性能的评价,为填料的进一步改进提供理论基础;也可用于催化精馏塔的设计和优化。     

Investigation of flow parameters and efficiency of mixture separation on a structured packing

Results of experimental study of the effect of initial maldistribution of structured packing irrigation on efficiency of binary mixture separation are presented in this article. The studies were carried out in the experimental distillation column with the diameter of 0.9 m using the R114 and R21 freon mixture. Experiments were performed on the structured Mellapak 350.Y packing of stainless steel 316L, containing 19 layers with the total height of 4.016 m at the ratio of mole liquid and vapor flow rates L/V = 1 and 1.7, respectively, and the pressure in the upper part of the column p_top = 3 bars. Nonuniformity at the packing inlet was generated via the blocking of some holes in the liquid distributor. Here, we present some results on efficiency of mixture separation, pressure drop on the packing, distribution of local liquid flow rate under the packing over the cross‐section and on the column wall within the range of vapor loading factor (0.69 < F_v < 1.61 Pa^0.5), as well as experimental data on distribution of local concentration of the low‐boiling component over the cross‐section and along the height of the structured packing. It is found out that significant maldistribution of mixture concentration and liquid flow rate over the cross‐section slightly changes along the height in the lower part of the column at a change in the degree of packing irrigation nonuniformity at the inlet. It is shown that efficiency of mixture separation depends considerably on the value of parameter L/V, vapor flow factor F_v, and size of the zone underirrigated by liquid at the inlet. In the studied range of liquid and vapor flow rates, the relative pressure drop on the packing does not depend on the ratio of liquid and vapor flow rates L/V and degree of irrigation maldistribution. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J 60: 690–705, 2014     

规整填料表面液膜流动特性的数值模拟

精馏过程气液两相流运动分布特征对分离效率具有重要影响。为研究规整填料表面液膜流体动力学特性建立了基于VOF方法的CFD分析模型,并基于文献试验结果进行了验证。对液膜随时间和空间的演化分布特征、速度场分布和液相流量影响进行了模拟分析。液膜在波纹顶部下沿聚集形成凸起状波峰,在波纹底部波峰消失,而到达下节波纹上沿时,波峰重新形成;瞬态液膜厚度随时间波动,且沿填料表面液膜平均厚度先减小后保持稳定;发现液相聚集及形成液滴坠落容易导致出现干板区。不同位置液膜速度分布存在明显差异,沿填料表面液膜平均速度先增后减或保持稳定;液膜绕过波纹顶部时会加速,在波纹底部和上沿处会减速。液相流量增大,液膜平均厚度和速度均有所增大。