立体旋流筛板并、逆流操作时压降的对比研究

立体旋流筛板(TRST)是一种新式穿流型塔板。前期研究均基于气液并流的操作形式,而逆流时的表现尚不明确。因此文章对TRST在并、逆流操作下的压降进行了对比研究,考察不同气液通量、塔板安装位置及安装方式对压降的影响,并测定了逆流操作下的载点及泛点。结果表明:2种操作下,塔板逆向安装时的压降均大于顺向安装;并流时各塔板气液负荷均衡,压降值≤550 Pa。逆流时可将操作域分为低负载区及高负载区。低负载区压降与同范围并流操作时相近;高负载区压降较大,操作域较窄且各板气液负荷不均。受限于液泛的影响,逆流操作时的压降值≤300 Pa。相较于并流操作,逆流操作时气量调节范围至少小45%,液量范围至少小37.5%。综合考虑,TRST更适宜并流操作。     

立体旋流筛板并流时的流型特征及其操作域

流型影响气液通过塔板时传热传质效率,为了确定立体旋流筛板上不同喷淋密度Lw,空塔气相动能因子Fs的流型及其操作域,采用安装立体旋流筛板内构件的冷模实验塔,在Lw=39—260 m~3/(m~2·h),Fs=0.78—3.9(m/s)(kg/m~3)~(0.5)的操作条件下,测量立体旋流筛板内部差压脉动信号并记录流动照片。使用时域及标准偏差分析并结合流动图片的方法,主要考察了气液并流通过立体旋流筛板的流型特征及其操作域。实验结果表明:液相通量对各流型转变影响较大,Lw70 m~3/(m~2·h)时为连续-分层流,Lw=70—145 m~3/(m~2·h)之间时为鼓泡-分层流或栓塞流,Lw145 m~3/(m~2·h)为泡沫流;当Lw=70—145 m~3/(m~2·h)时,鼓泡-分层流和栓塞流的转变主要受气相通量Fs影响,Fs1.95(m/s)(kg/m~3)~(0.5)为鼓泡-分层流,Fs2.34(m/s)(kg/m~3)~(0.5)为栓塞流。     

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。     

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。     

等温气液混合器压降研究

实验研究空气-水两相流体通过等径90°T型管混合器进行混合的压降.结果表明,在实验范围内,混合后气液两相混合物的流动流型为环雾流,其压降主要与两股混合物流的动量比有关.根据混合后气液两相混合物的流动流型,模拟计算空气-水系统的压降,计算结果与实验结果较为吻合.利用该计算模型分析气液流量对混合器压降的影响.     

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。     

旋流塔板气液接触状态及塔板压降

旋流塔板有复杂的气液接触状态。对应于一定的气液接触现象,气液接触状态可分为倾泻区、泡花区、喷射区和全喷射区。在四种接触状态下,塔板有效压降与气速的关系有明显的差别。以有效压降随气速变化规律的转化点作为气液接触状态的转化点,确定了塔板上各种气液接触状态的区域,并关联了接触状态转化点的操作条件。对喷射区有效压降的分析得到,有效压降主要决定于塔板上液体产生的静压降,气体径向速度可以忽略,而使喷射区内有效压降不受气速影响。全喷射区内,气速影响溢流管和溢流锥的溢流能力,而使气速明显地影响塔板有效压降。泡花区内,漏液量随气速的增大而减小;因此,气速影响塔板有效压降。适当地简化流况,提出了有效压降关联式,利用实验数据确定了其中的参数。     

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。     

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。     

NaOH-CO2体系下并流立体旋流筛板塔传质性能

二氧化碳捕集是应对全球气候变暖问题的重要技术之一。本文使用NaOH溶液和CO₂作为实验体系,在并流塔中对立体旋流筛板（TRST）的传质性能进行实验研究,测定并计算出全塔及塔板段的气相总体积传质系数[K_Ga_e,(K_Ga_e)_t],重点考察塔板安装数量和方式、空塔气相动能因子和喷淋密度、CO₂和NaOH浓度等参数的影响规律。研究结果表明,塔板段是传质过程的主要区间,增加塔板数量以及采用塔板逆向安装方式是提升传质性能的有效技术手段;塔板段的气相总体积传质系数随空塔气相动能因子和NaOH浓度的增加呈先增大后减小的趋势,随喷淋密度和CO₂浓度的增加而减小,最高可达12.18kmol/(m³·h·kPa);建立塔板段的气相总体积传质系数的经验模型,模型计算值与实验数据的吻合性较好,相对误差小于20%。     

气液并流筛板式填料压降的数值模拟

基于欧拉-欧拉模型,采用CFX软件对筛板式填料的气液两相并流流动进行了模拟。将模拟所得的压降与填料的出厂特性值进行了对比,发现在液气动能参数较小的情况下,两者吻合较好。分析了该流场内的速度分布和压力分布的特点,射流卷吸作用使流场内两相流体混合,但涡旋使筛板下方压强减小,射流撞击使筛板上方压强增加。对不同结构的矩形筛板式填料的压降进行研究,结果表明：筛板孔径和液相流量是影响筛板压降的重要因素,开孔直径越小,液相流量对单板压降的影响越大;上层筛孔投影与下层筛孔相交的结构更能有效降低单板压降。液相流量较大时,两个不同板间距的单板压降曲线将相交于一点,气相流量低于此交点时,板间距越小,单板压降越大;气相流量高于此交点时,则相反。     

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%.     

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。     

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.     

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。