探析高压下规整填料塔中液相流体力学行为和传质性能的研究

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1、天津大学博士学位论文高压下规整填料塔中液相流体力学行为和传质性能的研究姓名：王利东申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：余国琮2000.5.1摘要气液传质设备中的气液相界面积是一个非常重要的设计和操作参数，气液密度比是影响气液相界面积的一个主要因素。在常压下，以氟里昂(F22、F12)和空气为气相，正辛烷和水为液相，测得了鼓泡塔内气泡直径大小、气含率等实验值。在分析影响气泡Sauter平均直径d32的基础上，用实验数据回归得到了d32的关联式，发现d32的值随气液密度比的增大而变小，随气速的增大而轻微变小，随液相表面张力的增大而增大。通过实验，还得到了气含

2、率与气速的关系式，气含率只随气速的增大而增大。最后，根据气泡Sauter平均直径和气含率的关系式得到了气液相界面积的计算表达式。，／采用脉冲示踪法测量了0．3、O．5和O．6Mpa压力下一系列液速和气速下250Y型孔板波纹规整填料内液相的混合行为。应用时域最tb--乘法由实验数据得至4液相的轴向返混系数和轴向有效流速等参数。以Y=aRe：10“。10dp的形式对轴向Peclet准数进行了关联。补充了目前缺乏的带压操作下规整填料液相混合行为的数据。在实验的压力范围内，在相似的液相流速和气相流速条件下，随压力的增加，液相轴向返混程度有上升趋势。在实验测定的气速范围

3、内，在相同的操作压力下，液相轴向返混系数主要随液速的增加而增大，气速对其变化也有一定的影响。首次在国内建立了一套能在高压下进行热模实验的精馏实验装置。用正丁烷一正戊烷为实验体系，进行了～系列从0．3到2Mpa不同压力条件下的热模实验。用实验测得的正丁烷液相沿塔浓度分布，通过最小二乘拟合获得了250Y型孔板波纹填料在不同压力条件下的等板高度HETP。在实验压力范围内，当压力低于1Mpa时，填料等板高度随压力的增加略有下降，其变化范围为0．33～0．36m；当压力高于1Mpa而至2Mpa，等板高度随压力的增加而增大，其变化范围为O．33～O．5lm，填料分离效率明

4、显下降。通过对等板高度HETP物理含义的分析，合理地将等板高度分为二部分，一是I自汽、液传质阻力引起的传质单元高度，记为HETP”；另一部分为由汽、液相返混引起的传质单元高度，称其为返混传质单元高度，记为HBU。HETP“采用j见有的较为完善的计算方法(Pigford，1975)求解，发现其值随压力的增加而变小。用白金汉n定理分析了影响返混传质单元高度诸因素得出了HBU的表达形式，并利用实验数据拟合得到了HBU计算模型中的各参数值。发现当压力超过lMpa后，HBU的值上升很快。所得到的等板高度计算模型除符合本实验数据外，还预测了FRI(Fitz，1997)发表

5、的Mellapak250Y型规整填料在O．69、1．14、＼2．07和2．77Mpa压力下的等板高度值，预测值与实验值的误差小于5．3％。、／关键词l鼍}费；m阳磊i碡觏气含率／气泡善觚哂习砸疽彳空规整填料液相返混Peelet准数君蚤讴混转质掌谳填料塔液相混合行为气相返混持液萤、篙渤罐淞IlAbstractThespecificinterfacialareabetweengasandliquidphase，whichisaveryimportantparameterinthedesignandoperationofgas—liquidmasstransferd

6、evices，iSknowntobeaffectedseriouslybythegas—liquiddensityratio，especiallyunderhighpressure．Experimentsonthebubblebehaviorinasquarebubblecolumnwereconductedunderatmosphericpressure，usingair，F22，F12asthegasphase，andwater，mOctaneastheliquidphase．TheSautermeandiameterofbubblewasfoundtob

7、edecreasedwithincreasingthegas—liquiddensityratioandgasvelocity．andincreasedwithincreasingliquidsurfacetension．Thegasholdupwasincreasedwithincreasinggasvelocityonly．Correlationsrelatinggasbubblediameter，gasholdupandgas—liquideffectiveareatophysicalpropertiesofgasandliquidandoperatin

8、gconditionsweredeve