刮膜式分子蒸馏器停留时间分布的实验测定

《刮膜式分子蒸馏器停留时间分布的实验测定》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、刮膜式分子蒸馏技术在化工医药领域应用越来越齊遍。由于刮膜器的增加，蒸馏器I々流体流动复杂性增加。流体的流动形态宵接影响到设备的传质传热效率，进而影响分离效果，因此研究刮膜式分子蒸馏器内流休的流动和传递过程具有重要意义。本文利用Fluent软件模拟计算刮膜式分子蒸馏器屮流体的停留时间分布及其影响因索，进料速半增大会使得平均停留时间减少；首先停留时间随着转速的增加而增大，当转速超过一定程度后，平均停留时问会相应减少；干壁面积分率增大也会增加T均停留时间，并且拖尾现象也越来越明显；针对传统蒸发壁而而积利用率不高的弊端，本文提出了三种优化方案，水平圆环壁面和倾斜圆环壁面的平均

2、停留时间在传统光滑壁面的基础上减少，但网状圆环壁面的平均停留时间最大，适合非热敏性物质的分离；本文还进行了冷模实验对模拟结果进行验证。针对蒸馏器内流体的流动建立了两个流动数学模型，对苏进行了模拟计算和参数的调整分析，模型2能更好地描述刮膜式分子蒸馏器内的流体流动情况。其次，考察刮板形状和刮板与壁而间跑对蒸发壁而上液膜厚度变化及其分布的影响。适当增加间距可促进液膜均匀分布，壁面断流现象发生；圆形刮板后方液膜分为下降区和稳定区，问距为0.6cm时温度区的液膜厚度最薄。矩形刮板和梯形刮板对流体的阻力比圆形刮板小，液膜厚度与间距大小关系更密切。矩形刮板后方液膜厚度比较稳定且薄

3、，利于传质传热。最后，对蒸发壁面上的流体进行传热分析。重点考察转子运动对壁面传热的影响，SL离转子越近，温度变化越明显。温度波动变化是按照一定的时间间隔往后推移，该间隔等于转子在两点之间的运动时间。传热系数在转子的头部下降，达到一个极小值，此后传热系数迅速增大，达到最大值，此后降低到第二个极小值，然后升高并且小幅度地波动。努赛尔数从前驻点丌始下降，出现最低值，随着紊流的发展，努赛尔数急升，达旺盛紊流时，努赛尔数有最大值。待紊流稳定后，由于紊流边界层的不断增厚，努赛尔数乂开始下降，达到第二个最低值。过分离点后，努赛尔数又再次回升。转子前后方不同平而处的温度梯度分布均分为

4、三个部分，液膜区——S流范围；气液混合区，温度缓慢降低；冷凝区，温度迅速下降，并且距离转子越近的平面温度越高。此外，还考察了液膜厚度、传热温差和蒸发温度对壁而传热的影响。第一章文献综述1.1国内外刮膜式分子蒸馏器的概况上个世纪初在分离领域幵始运用分子蒸馏技术对液液两相物系进行分离，并且该项技术引起了该领域内许多专家学者的重视。科学工作者为了降低蒸馏过程屮的阻力，主要是气相阻力，使蒸馏在真空条件下进行。第一台实验用的分子蒸馏器是Hevesy与Bronsted在1922年设计的，将艽用于研究水银同位素的分离。此后不久，岀现了盘式的分离蒸馏器，并凭此进行了高分子量油脂的分离

5、。到1930年，Hickman将分子蒸溜设备发展到屮试规模。Kawala和Stephan的实验111证明，冷凝壁面和蒸发壁面间的路程大于轻蜇分子平均自由程时，能大幅度增加物料处理量，最重要的是蒸发速率和分离效率影响不大，这就使得规模化生产成为可能。舌IJ膜式分子蒸馏器是在降膜式分子蒸馏器的基础上增加了刮膜转子。可以将蒸发面上的液体刮成均匀的薄膜，并且使之连续更新，很大程度加强了传质传热效率。现在市场上许多设备生产商都制造刮磨式分子蒸馏器。徳国UIC公句121制造KD系列和KDL系列的刮膜式分子蒸馏装置。前者一般用于屮试和工业规模的生产；后者适用于实验室研究以及生产小批

6、量高附加值产品。图1-1表示了该装置的简单结构，阁1-2是该装置的横截而示意阁。由于刮膜转子和蒸发而之间不是机械连接，因此可以避免膜死角的出现，也不会对蒸发壁面也造成机械损伤。较典型的用于分子蒸馏过程的实验研究的蒸馏器是由徳W的NGW公司制造的KV系列。该套装置的特点体现在玻璃材质和在线脱气系统上，后者可以确保机器内具有很高的真空度。接收轻重组分时使用的是W级接收瓶。在成膜方面具有独特之处的是美WVTA公司制造的刮膜式分子蒸馏器，由阁1-3可知，其装置内成膜系统不是单一的，有儿种不同的类型。此外，国内也有很多企业制造刮膜式分子蒸馏器，如无锡明燕集团公司等。1.2刮膜式

7、分子蒸馏器的基本结构、工作原理和应用情况1.2.1基本结构根据用途不同，刮膜式分子蒸馏器的基本结构会有所差异。以最常见的分子蒸馏器的结构为例，主要由以下儿个部分构成，其结构简图见图1-4所示。1、动力和传动系统：由马达、减速器组成，用来供给动力。2、加热系统：加热方式可以有多种，如电源加热、微波加热，常见的也有导热油加热M。3、冷凝系统：利用冷却介质的低温将轻组分进行冷凝液化，使之从轻组分收集口馏出。4、蒸发系统：借助加热介质提高蒸发壁面上的温度，使得蒸发面上的流体受热蒸发逸出。也可以设置冷阱，用于惰性气体的捕获。5、转子和刮板：转子上面带有刮板，由