折流式旋转床持液量的研究

将折流式旋转床分成若干液体流动区,计算流动区内动、静圈壁上液膜及动、静圈之间液滴的运动时间,在此基础上建立折流式旋转床持液量模型. 以空气-水为物系,在直径300 mm、高51 mm的折流式旋转床中进行实验,分别测得不通和通空气时转子的持液量,用实验数据拟合出持液量模型参数. 结果表明,转子持液量随液量和气量增加而增加,随转子转速增加而减小,高转速下气量对持液量的影响明显减弱. 折流式旋转床不通气持液量为2.35%~3.68%,是普通丝网旋转填料床不通气持液量的1.32~2.06倍.     

折流式旋转床液相功耗数学模型

折流式旋转床是新型的超重力旋转床,其转子由安装动折流圈的动盘与安装静折流圈的静盘上下相互嵌套而成。液体在转子中流动,把转子分成数个膜流区。对膜流区建立了液相功耗的理论数学模型,求解模型得到了液相功耗计算值。实验在转子直径600mm、高度80mm的折流式旋转床中进行,物系为水,测得了液相功耗的实验值。比较了模型计算值和实验测量值,两者比较接近,实验值是计算值的0.611～0.820倍。根据液相功耗数学模型,得出液相功耗与液体流量、液体密度呈正比,与转速的平方呈正比。该模型的建立为旋转床液相功耗的研究提供了一定的理论基础。     

折流式超重力旋转床转子结构对气相压降的影响

折流式超重力旋转床是继旋转填料床之后出现的一种新型高效的气液传质设备.今采用空气-水系统对折流式旋转床进行了气相压降实验,考查了折流式转子结构对气相压降的影响,建立了折流式旋转床干床气相压降的理论模型.实验结果表明:折流式旋转床转子结构对气相压降影响较大,在动静折流圈结构不变的情况下,动静盘垂直间距存在某一最优值,通过实验得到了实验中所用的折流式旋转床的最佳转子高度为90 mm,实验也验证了旋转床设计时采用的等通流面积原则是符合气体运动规律的;干床压降理论模型的计算结果与实验值符合较好,为建立湿床压降模型奠定了基础.     

折流式旋转床气液比表面积的实验研究及CFD模拟

气液比表面积对折流式旋转床(RZB)的传质起到关键的作用。本文采用NaOH溶液化学吸收混合气体中CO_2的方法对折流式旋转床的气液比表面积进行了研究,通过计算流体力学(CFD)技术来模拟转子内液体的流动行为。分析转子转速、气体流量和液体流量对气液比表面积的影响。结果表明:折流式旋转床的比表面积在100~350m~2/m~3范围内,折流式旋转床的气液比表面积随液量的增大而增大,随气量的增大明显增大,随转速的增加先缓慢增大后迅速增大。CFD模拟表明,随液量的增加,动静圈之间的液滴数量明显增多,并且静圈上更多的表面被液膜覆盖;随气量的增大,更多的液体被碎成细小的液体,液滴的数量成倍增加;随转速的增大,动圈施加给液体的剪切力和离心力增大,液体被更好地分散,并且离开动圈的液滴尺寸变得更小。RZB与其他类型填充旋转床(RPB)的气液比表面积进行对比,发现RZB的比表面积低于分段进液式RPB、常规不锈钢金属网RPB、镍泡沫填料RPB、新型多个叶片转子RPB,接近于板式填料和挡板PRB。     

折流式旋转床静圈对其性能的影响

折流式旋转床是一种新型的超重力旋转床,其核心部件是动、静结合的转子,转子由安装了动圈的动盘和安装了静圈的静盘上下相互嵌套而成。本实验中使用了一个常规的折流式转子（转子Ⅰ）和一个具有较短静圈的折流式转子（转子Ⅱ）,在常压下分别以乙醇-水体系和空气-水体系对两个折流式转子进行了传质性能与流体力学实验,考察了静圈对折流式旋转床的传质、压降和功耗的影响。结果表明,静圈能明显强化传质过程,与转子Ⅰ相比,转子Ⅱ理论塔板数大约降低了的50%;转子Ⅰ的传质效率随转速的增大而增大,当转子的转速从400 r/min增加到1200 r/min,转子Ⅰ的传质效率增大了约40%,而转子Ⅱ的理论塔板数变化不明显;静圈使折流式转子具有较大的压降和功耗,转子Ⅱ的压降为转子Ⅰ的20%～50%,轴功率为转子Ⅰ的60%～80%。     

折流式超重力旋转床液泛和气相压降的实验研究

折流式超重力旋转床是一种新型高效的气液传质设备。液泛和气相压降是超重力旋转床流体力学的重要特征。实验以空气-水为物系,对转子直径为288mm,高度为55mm的折流式旋转床进行了气相压降和液泛实验。实验表明：随着转速和液流量的增加,液泛气速减小,折流式旋转床更容易液泛。气相压降随气量、转速、液量的增加而增大,随气量和转速增大的趋势比较明显,随液量增大的趋势比较缓慢。     

折流式超重力旋转床的液泛

在Wallis提出的气液两相逆流液泛关联式的基础上,建立了折流式超重力旋转床的液泛关联式. 以空气-水为物系,对转子直径288 mm、高55 mm的折流式旋转床进行了液泛实验. 旋转床转子采用动圈开单排孔和动圈开多排孔2种结构,用实验数据拟合出这2种结构的液泛关联式参数. 结果表明,随着气液流动参数的增加,折流式旋转床的液泛能力因子减小. 转速每增加100 r/min,液泛能力因子平均减小0.007 m/s. 在相同条件下,多排孔转子液泛能力因子比单排孔高8.5%.     

同心圈式旋转床的精馏实验

同心圈式旋转床是一种新型超重力旋转床，其转子由一组多孔板同心圈构成，相邻同心圈之间无填料或填充填料。液体在同心圈上存在滑移效应，滑移效应能够增大气液比表面积和改善液体在同心圈上的周向分布。本文采用乙醇-水物系对转子直径为1.0m的大型同心圈式旋转床进行全回流常压精馏实验，实验选用无丝网填料同心圈和填充丝网填料同心圈两种转子。实验结果表明，本大型同心圈式旋转床具有较大的处理量，其等板高度（HETP）随F因子和超重力因子的增大先减小后增大。填充丝网填料同心圈转子的HETP小于无丝网填料同心圈转子。在超重力因子为563.4和F因子为5.5(m/s)(kg/m³)^0.5时，填充丝网填料同心圈转子的等板高度达到最小值51.5mm，每块理论板气相压降为1.5kPa。通过实验数据拟合得到了两种同心圈转子的HETP经验关联式。与折流式旋转床相比，同心圈式旋转床具有高通量和低压降的优点。     

折流式旋转床的流体力学与传质性能研究

开发了一种新型的旋转设备——折流式旋转床,其转子由动部件和静部件组合而成.与传统的旋转填料床相比,折流式旋转床易于实现连续精馏过程的中间进料,同时可方便地将多个转子同轴安装在-个壳体内,成倍提高单台设备的分离能力.对折流旋转床的流体力学和传质性能进行了实验研究,结果表明折流式旋转床具有良好的流体力学和传质性能.目前折流式旋转床已经成功应用于化学工业中的气液接触过程,尤其是连续精馏过程中.     

折流式旋转床气相流场数值模拟研究

采用CFD方法对折流式旋转床气液两相流动及压降进行数值模拟,建立了二维物理模型,研究了折流式旋转床转速、动静圈对数、进气量对气相压降和气相流场的影响,并用实验数据对模型进行验证. 结果表明,计算与实验相对误差在15%以内. 气相压降随进气量和动静圈对数增加而显著增大;转速增加,压降增大,但不明显,压降主要集中在转子内部,占总压降的88%~97%,其中转子压降的55%~73%由拐弯处的摩擦阻力引起;气体在静圈下隙存在回流,在动圈上隙气体流动缓慢,存在流动死区,气速主要以切向速度为主(占80%以上),峰值位于转子外缘,并与气体入口存在较大速度梯度,径向和轴向速度所占比例较小,且因位置不同而不同. 速度变化和压降的变化是转速、进气量和动静圈数等共同作用的结果.     

折流式旋转床出口气相流场研究

采用实验的方法对折流式旋转床气体出口流场进行研究。实验在旋转床壳体直径为724mm,气体出口直径为152mm的折流式旋转床中进行,在常温常压空气单相的情况下采用5孔探针测量了不同转速和气量下旋转床出口位置的气相流场。实验得到了不同转速不同气量下气相切向、径向和轴向速度随无因次半径变化的流场分布情况,从而为折流式旋转床的设计提供理论基础。     

折流式旋转床的流体力学行为(英文)

As a high gravity (HIGEE) unit, the rotating packed bed (RPB) uses centrifugal force to intensify mass transfer. Zigzag rotating bed (RZB) is a new type of HIGEE unit. The rotor of RZB consists of stationary discs and rotating discs, forming zigzag channels for liquid-gas flow and mass transfer. As in RPBs, some hydrodynamic behavior in RZB is interesting but no satisfactory explanation. In this study, the experiments were carried on in a RZB unit with a rotor of 600 mm in diameter using air-water system. The gas pressure drop and power consumption were measured with two types of rotating baffle for RZB rotors, one with perforations and another with shutter openings. The circumferential velocities of gas were measured with a five-hole Pitot probe. The pressure drop decreased rapidly when the liquid was introduced to the rotor, because the circumferential velocity of the liquid droplets was lower than that of the gas, reducing the circumferential velocity of gas and the centrifugal pressure drop. The power consumption decreased first when the gas entered the RZB rotor, because the gas with higher circumferential velocity facilitates the rotation of baffles.     

Performance of a rotating zigzag bed—A new HIGEE

As a new kind of rotating equipment, rotating zigzag bed (RZB) is structurally unique and has many superior features. The RZB is characterized by a rotor coaxially combining a rotating disc with a stationary disk. Compared with a conventional rotating packed bed (RPB), the RZB can function without liquid distributors, eliminate one dynamic-seal, and easily accommodate and accomplish intermediate feeds in continuous distillation processes. The RZB also effectively increases the contact time of gas and liquid phases and thus, enhances the mass transfer capacity. In this work, the principles of the RZB are presented. The hydraulic and mass transfer performance of the RZB was investigated. Experimental results showed that the pressure drop of the RZB increases with the increase of the rotational speed and the gas flow rate, but decreases with the increase of the liquid flow rate. A semi-empirical equation was proposed to correlate the pressure drop data with good agreement. The mass transfer efficiency of the RZB decreases with the increase of the reflux rate at lower reflux rate, but levels off at higher reflux rate. The number of theoretical plates of the RZB increases with the increase of rotational speed of the rotor. However, at a higher rotational speed, this trend is not obvious. In addition, some considerations for further work are discussed.     

新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟

针对折流式旋转床压降高、能耗大的问题,提出了一种新型超重力旋转床设备--径向叶片式旋转床。首先,对该旋转床的压降进行了理论分析和建模,并利用水-空气体系进行了实验研究。通过改变气量、转速和液量探究了新型径向叶片式旋转床压降的变化规律,结果表明压降随气量、转速和液量的增加而增加,且随着气量和转速的增加,液量对压降的贡献逐渐减小。压降模型的预测值与实验数据的相对偏差基本在10%以内,表明模型可以较好地预测新型径向叶片式旋转床的压降。另外,通过计算流体力学（CFD）软件的模拟获得了旋转床内气相流场和压力分布的结果,发现转子内压降是总压降的主要部分;气体进入转子后会因叶片作用使得周向速度变大,并在转子外缘处达到最大值;气体的进口流速将会影响旋转床内的气相分布。利用实验数据对CFD模拟结果进行了验证,两者的相对偏差在10%左右。