探析规整填料高压蒸馏中的返混问题研究

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1、天津大学博士学位论文规整填料高压蒸馏中的返混问题研究姓名：唐忠利申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：余国琮20020701天津大学博士学位论义摘婪摘要在内径为150mm的填料塔内测量了不同压力等级下气、液单相流和两相流在规整填荆Mellapak350Y中的轴向返混系数．实验的操作压力范同为030—2．OOMPa，氮气／水作为{9

2、I

3、试系统。气、液两柏神：J峻利塔山’1{逆流流动．流时分)ju为2．00～5．OOm。h。‘和0．30～1．20m3Ii“(实验条什F)。采川水踪响心披术测尉：气液曲州的返混特性。_l{{一维牟I

4、

5、向扩敞模型米描述流体的停留时间分都

6、曲线，采H

7、时问域最小二乘法估计模型参数。结果表明，气相轴向返混系数I；豇着气迷、压力的增人而增大，液体喷淋密度对气相轴向返混系数的影响不显著；单相流液相轴向返混系数随着有效液迷的增火而城小，两相流液相轴向返混系数随麓有效波速、有效气速的增大两增火：压力对液相轴向返讹系数无影响。通过因次分析法给山了单相流数据昶l两相流数掘Bodenstein准数和持液最笑If){式。在O．70、1．10、1．50、1．90MPa四个压力等级测试了同一压力下不同气速下的Mellapak350Y填料效率，F因子范围从0．57～1．69131·S～(kg·m3)o5，喷淋密度范围为13．6

8、8～46．08m’m。h～。实验测得的Mellapak350Y等板高度数值在010—0．40m之间，通过对实验数据的分析发现：在测试压力下，随着F因子的增加．在恒持液区填料分随效率‘≯增加∞趋势。{{I

9、导r打杠级州近ill!肌材I或挑牛J}返沁淝食池模删等扳l胄JJ女理论解，并进一步推导出了存在气液返混的扩散模型的等扳高度理论解。应州我们所得到的扩散模型等板高度理论解对高难蒸馏实际过程进行了计算．其计算值与实验值在低气相负荷下平均偏差为10％，高气相负荷下偏差较大。通过与现有的传质模型SRP模型以及修正的SRP模型计算结果相比较．发现我们的计算结果比SRP模型准确，

10、与预测高压蒸馏过程的修正的SRP计算结果很接近。提出了不带传质源相和带传质源相扩散方程中的返混系数的关系问题。用填料塔沿轴向剖面浓度计算了返混系数并与冷模实验条件下的实测值进行了比较，发现热模返混系数比冷模返混系数大。从压力对体系的物理化学性质的影响以及高压下流体流动特性出发分析了压力对蒸馏过程的影响。本文认为高压下规整填料塔效率下降的原因主要是由于设备因素造成的汽相返混引起的．因此设计适用于高压工况下的高效塔内件就成为改善填料士{!}在高压下效率的关锄措施。关键词规整填料：高压蒸馏；返混系数；等板高度：传质模型；效率下降ABSTRACTLiquidaSwellasg

11、asphaseaxialmixinginstructuredpacking，Mellapak350Y，weremeasuredwiththemethodoftracertechnique．Thehigh-pressurecolumnwitha6．40mheightmad0．15minnerdiameterWaSusedinthisinvestigation．Thecolumnwasoperatedatpressuresrangingfrom0．30tO2．00MPawithnitrogenandwaterflowingcountercurrentlythroughth

12、epackingundertrickle·flowconditions．Thegasandliquidflowrateswerevariedfrom2．00to5．00m3h—andfrom0．30to1．20m3h～respectively．Theone-dimensiondiffusion-typemodelWaSusedtodescribethemixingbehaviorinpackedcolumnsandthemodeIparameterswereestimatedwiththemethodofleastsquareinthetimedomain．There

13、sultsindicatedthataxialbackmixinginthegasincreasednotablywithgaseffectivevelocityandslightlywithoperatingpressureandliquidvelocity．Insinglephaseflow，theliquidaxialdispersioncoefficientsdecreasedwiththeliquidflowrateincreased．However,intwophaseflow,theliquid-phaseaxialbackmixing