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1、第26卷第4期北京化工大学学报Vol.26,No.41999年JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY1999旋转填充床气相压降特性研究李振虎郭锴陈建铭周绪美郑冲(北京化工大学化学工程学院超重力工程技术研究中心,北京,100029)摘要旋转床的气相压降是旋转床工程设计的一项重要指标。利用空气-水系统对旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。结果表明:旋转床干床压降比湿床大;进口压降随气量增大而增大;内腔压降随液体加入突然减小;出口压降随气量增大而增大,随转速增大而减小,随液体加入而突然增
2、大;填料层压降随气量和转速增大而增大,当流体加入时,先减小,后增大。关键词旋转填充床;气相压降;模型分类号TQ051.82压降特性进行实验研究和模型化。引言1气相压降的理论分析与模型化旋转床作为强化传递过程的一项新兴工程技术,极大地强化三传过程,缩小设备尺寸,是一项气体经过旋转填充床的压降(从气体进口到气有着突破性发展的技术,被誉为化学工业中的“晶体出口)可分成五部分:(1)气体进入旋转床时的进体管”。在旋转填充床中,由于强大的离心力,使液口阻力;(2)气体流经外腔时的压降;(3)气体流经体在填料层中高分散、高湍动、强混合、气液的流填料层时的压
3、降;(4)气体流经内腔时的压降;(5)速以及填料的有效比表面积大大地提高且不液泛,气体流经出口集气器和出口管时的局部阻力。极大地强化了传质过程,传质单元高度降低了1～21.1进口阻力个数量级。目前,该设备在吸收、蒸馏、除尘和化由文献[5]知气体流经进口管的阻力为:学反应等过程中都有应用[1]。气体通过设备的压2ρuin-Δp0※1=ξin(1)力降是衡量设备性能的一项重要指标,对此国内外2[2]式中:u2学者已作了许多研究工作,如Kumar(1990),沈in=qvg/πRin为气体在进口管中的流速;ξin[3][4]为进口局部阻力因数,由实验
4、测定为:ξ浩(1994)和HwaishenLiu(1996)等人对旋转填in=0.450.079充床的气相压降都进行了实验与模型化研究。结果Re;Rin为进口管半径。表明:气相压降随转速和气量的增加而增加,在一1.2外腔压降定的液量范围内随液量的增加而减小。他们的实验设气体沿旋转床的切向进入,在周向上分布均研究都采用测定进出口之间的压差来研究气相压降匀,液体对外腔气体运动的影响可忽略不计。采用的变化规律。柱坐标(r,θ,z),z轴为转动轴,气体作定常态运北京化工大学超重力工程技术研究中心对旋转动,满足轴对称,即速度、压力均与θ无关,忽略填充床的
5、流体力学特性作了较为深入细致的研究。重力加速度的影响。由于外腔截面积较大,气相流为了进一步搞清楚在旋转填充床内,各段的气相压速相对来说较小,可暂不考虑粘性损耗。边界条降的变化行为,更为直观地了解逆流旋转填充床内件:各段压降的变化规律,同时为设备进一步改进提供qvgr=R1;uθ=uθ1=;依据,研究工作采用了分段法对旋转填充床中气相(R1-R2)h1qvg收稿日期:1999-03-15ur=-2πR1h1第一作者:男,35岁,讲师,博士生将边界条件代入连续性方程和运动方程并整理原国家科委资助项目(85-11-01-03)得:·6·北京化工大学学
6、报1999221ρqvg1-1σ2Δp1※2=22πh1R22R21+用文献[6]dd=0.72842来计算,式中ωRavρkρ222Rav为填料层的几何平均半径。1※2(R2ω-uθ1)(2)2液体从液体分布器喷出达到填料层,由于填料式中:k1※2为外腔周向阻力系数,实验测定k1※2=-0.63对液体的作用使液体周向速度从0迅速增大到与填0.93qvg。料的周向速度几乎相同,液体被快速向外甩,以至1.3填料层压降于液体的后方形成低压区。液体周围的气体迅速补旋转填料层内气液两相流的情况相当复杂。为充这一低压区,使气体向3截面迁移,有液时气体解决
7、这一问题,首先只考虑气体的压降,然后叠加通过填料层的压降有所减小。液相使气体压降的减液相对气体压降的影响。从填料外缘到填料内缘,22小值可表示为:(ρ/2)φlR2ω。在填料层中液体的对气相做机械能衡算。忽略重力加速度的影响。径向相对速度变化不大,可忽略液相的径向磨擦损ρ22ρ22Δp2※3=(ur3-ur2)+(uθ3-uθ2)+22失,但气体相对于液体的径向速度比气体相对于填Δpfr2※3+Wg(3)料的径向速度要大,用式(4)中第一项表示,令其式中:ur3=qvg/2πεwhR3;ur2=qvg/2πεwhR2。为Δpfr2※3。令φ=φ
8、g+k2※3,则填料层的压降为:气体进出填料层时的周向速度与填料层相同,则2ρqvg11Δp2※3=2-2+uθ2=R2ω,uθ3=R3ω。关于旋转填
