探析规整填料塔中液流体力学行为的研究及传质模型的建立

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1、天津大学博士学位论文规整填料塔中液流体力学行为的研究及传质模型的建立姓名：张红彦申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王树楹1999.12.1摘要采用脉冲法系统测量了一系列液速和气速下规整填料250Y、350Y及复合规整填料250Y+125X、350Y+125X层内的液相混合行为。应用时域最小二乘法得到液相的轴向有效流速、轴向混合系数和径向混合系数等参数。(以y=口R砖Re；的形式对轴向彼克列准数和径向彼克列准数进行了关联。在实验测定的低气速范围内，复合型规整填料轴、径向混合系数及彼克列数随气液速的变化规律与普通规整填料相似，其轴向、径向混合系数和彼克列准数主要随液速的增加而增加，对气

2、速的变化不敏感。规整填料和复合型规整填料的轴、径向彼克列准数满足当量直径越小，彼克列准数越小的规律。说明填料结构越是紧密，液相的混合程度就越艚建立了规整填料塔内液体分布模型。模型反映了液体在填料片上呈膜状分散流动、结点处发生混合以及壁面处产生壁流的特点。根据实际计算可知，结点处液体分配比例及壁流分配系数对全塔液体分布有很大影响。应用该模型对不同进料方式的模拟说明，不论填料层入口处液体为完全均匀分布还是点源分布，经过一定高度的填料，液体分布都趋于稳定，形成稳定的自然流分布。》一根据填料片上液膜受力分析，引入有效重力加速度的概念，利用降膜理论，求得了填料层内任一通道内的液膜厚度和流速以及填料塔

3、内平均液膜厚度和持液量。f计算表明，在绝大多数操作工况下，波纹填料片上的液膜里层流流动。≯根据“淹没”理论和“Kelvin--Helmholtz”不稳定性理论，对波纹填料塔内的液泛机理进行了研究。结果表明，液泛速度随表面张力和液体密度的增大而增大，随气体密度的增大而降低。应用“淹没”理论和“Kelvin—Helmholtz”不稳定性理论计算了不同液量下的泛点气速，并与两个经验式进行了对比，从而得出：应用“淹没”理论和“Kelvin--Helmholtz”不稳定性理论研究填料塔的液泛是可行的≯为了考察气相和液相返混对传质效率的影响程度，本文以串联的混合池表征真实的液体流动，针对三种形式的塔板

4、(气相预混逆流塔板，气相不预混顺流塔板及气相不预混逆流塔扳)和规整填料提出了计算气相返混和液相返混对效率影响的混合池模型，并对不同工况进行了模拟计算。(结果表明，气液相返混的发生均导致效率的下降。气液返混对效率的影响程度受到汽提因子和点效率的制约：过程的汽提因子越大，气液返混的发生导致的蒸馏效率下降的速度越快；点效率越大，气液返混引起效率下降的幅度越大。并且，气液返混同时发生时，气相返混的影响要大于液相返混的影响，居主导地位。l根据波纹填料的结构特点，本文分别定义了填料塔的气液流动单元和传质单元。函填料层内气液呈非标准错流流动，因此将传质单元分解为标准的逆流传质单元和错流传质单元两部分，总

5、的传质效果视为二者的叠加一分别建立了这两种传质单元内的传质模型，确定了各传质单元的之间的炙譬接条件和整个边界层的边界条件，从而建立了整个填料塔的传质模型。＼／笑镡霉蟊填料塔液体流动分布液膜厚度。持液量液相返混／规整填料液体混合行为。泛点气速气相返混传质单元AbstractTheliquidmixingbehaviorsinacolumncontainingcorrugatedstructuredpackingsof250Y’350Yandcompositecorrugatedstructuredpackingsof250Y+125X，350Y+125Xweremeasuredrespect

6、ivelybythepulseuacertechnique．Theaxialandredialmixingcoefficientsoftheliquidandeffectivevelocityoftheliqiuidwereevaluatedbytheleast——squaresmethodTheaxialandredialPelectnumberswerecorrelatedwitlltheRenoldsnumberinthefoITSofY=aRe羔Re：．ItisshownthattheaxialandredialPecletnurobersincreasewiththeflowra

7、tesofliquidbutareinsensitivetothatofgas．nlisistrueforbothcorrugatedstructuredpackingsandcompositecorrugatedstructuredpackingsintherangeofgasandliquidflowratesofthcexperiment．Andtheconelusioncanbedrawnthat也elowert