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1、黄洁等规整填料和散堆填料传质性能比较·13·规整填料和散堆填料传质性能比较黄洁曾斌张学张军保王辉(天津市博隆科技公司,天津300193)(天津市化工设计院)#通过对苯-甲苯精馏传质系数的计算,比较了规整填料(250Y)和散堆填料(50鲍尔环)的传质性能。结果表明,规整填料的传质性能优于散堆填料。这一优势主要得益于前者的比表面积远大于后者。若以传质系数kL、kG来比较,新型散堆填料要强于规整填料。如何提高规整填料单位面积的传质强度是新型规整填料发展的重要方向。关键词:规整填料散堆填料等板高度传质系数表1不同填料的传质效率自七十年代以
2、来,新型填料包括散堆填料(阶梯F/m/s·(kg/m3)1/2HETP/m环、环矩鞍等)和规整填料(如孔板波纹填料10.75#50鲍尔环Mellapak)的广泛应用已成为众多化工企业塔设备技20.5510.65术改造的热点。它们优异的性能包括低压降、高分离#50环矩鞍20.65能力较一般塔板和老式填料(如拉西环、鲍尔环等)均10.33具有很明显的优势,尤其以孔板波纹填料为代表的规250Y20.38整填料优点更为突出,它的推广应用已十分普及,[1]Kunesh等指出:“近二十年,规整填料发挥着更大的2传质计算的公式作用是精馏领域最有
3、意义的发展”。传质计算分离所需填料层高度Z可由下式决规整填料较新型散堆填料传质性能的优势表现在[5]定:它具有较低的等板高度(HETP),这种传质性能的差Z=HOGNOG(1)异主要源于前者有更大的体积传质系数KGae和式中NOG是气相总传质单元数,它仅由分离所需KLae。本文将应用苯-甲苯精馏数据分别计算这两种填达到的浓度变化及所具有的传质推动力的大小而定。料的传质系数和HETP值,通过对计算结果的分析,气相总传质单元高度HOG可由下式表达:可以对它们传质的差异和特点有更深的认识。HOG=HG+L(2)1规整填料和散堆填料精
4、馏传质性能其中HG和HL分别是气相和液相的传质单元高国内应用最广的规整填料是金属孔板波纹填料,度,为平衡线和操作线两线斜率之比。HG和HL又[6]应用最多的新型散堆填料是阶梯环和环矩鞍可通过下式求出:(Intalox)。对两种散堆填料国内已有大量传质试验数UGULHG=和HL=(3)kGaekLae据发表,但多为吸收传质。国内引用最多的精馏传质数据应推Strigle等[2]对散堆填料和Speigel等[3]对孔当已知HOG可以求出HETP:板波纹填料提出的实验结果,包括金属鲍尔环、环矩HETP=H1n(4)OG-1鞍和Mel
5、lapak。由其中可以看出三种填料传质效率的综合以上各式可以发现,在NOG和操作工况一定时,决差异,现摘部分数据于表1。表中对比表明,250Y的定填料层高度主要是HG和HL或kGa和kLa,也即填HETP值要低得多,其传质效率较两种散堆填料高料的形式和特性。普通称kL和kG为传质系数,它们表70%～95%。下面我们从具体的传质计算对这一结果示单位传质面积在单位推动力和单位时间内的传质作进一步的分析。量,而kLae和kGae则称为体积传质系数,它们表示单·14·化学工程2000年第28卷第3期位体积的传质强度。式中f是液泛百分率,在
6、0～85间取值,当大于85时,关于传质系数和传质单元高度的计算公式已多有=1.0。[4]发表,常推荐的是Monsanto公式和Onda公式。至此可以分别计算散堆填料(以鲍尔环为主)和[7]Bolles和Fair应用了大量精馏和吸收数据,对这两规整填料的传质系数、有效比表面积和传质单元高度,个公式的精度进行了检验,进而提出了改进的进而可求各自的HETP值。Monsanto公式,用于环形填料时为:0.153计算示例HL=0.846CflZScL(5)本例题取自文献[7],并作了单位换算。有苯-甲苯精馏塔,操作压力100kPa,塔径
7、3.04m,液相流率1.241/3-0.6HG=8.55dZ(Lfff)ScG(6)L=25.17kg/s,气相流率G=30.2kg/s,其他物性参33-3上两式已经单位换算。式(6)中d为塔径,但当d大数有:L=807kg/m,G=2.71kg/m,L=0.31×10-3于0.6m(2英尺)时,即取为0.6m。kg/(m·s),G=0.00906×10kg/(m·s),L=0.-92为了便于讨论,还要计算散堆填料的有效比表面021N/m,扩散系数DL=4.26×10m/s,DG=4.27×-62积ae。在Ond
8、a公式中提出了计算aW/a的关联式,但10m/s,平衡线斜率m=0.406,操作线斜率0.833,#此aw是填料的湿润比表面积。关于计算散堆填料ae分别计算50金属鲍尔环和250Y金属孔板波纹填料[8]的公式报导不多,现建议用Bravo等提出的公式
