泡沫碳化硅波纹规整填料骨架结构对其传质性能的影响机理

在?100mm×2000mm的常压精馏塔中使用乙醇-正丙醇作为标准物系,对6种不同骨架结构及表面性质的泡沫碳化硅波纹规整填料（SCFP）的传质性能及操作压降进行了实验测试,探究了结构对填料传质性能的影响。结果表明,6种填料都有着较优秀的传质性能表现,理论板最低可达每米5块。其中,纯质碳化硅型填料的整体传质性能要优于富硅型填料;随着孔隙率的增大,富硅型填料的传质性能有所下降,纯质碳化硅型填料的性能则有所提高;压缩比的增大有利于纯质碳化硅填料的传质性能。在压降表现方面,6种填料的操作压降均随着气相负荷的增大而有所增加,但彼此之间差异不大。同时采用紫外荧光示踪剂方法对单波纹片上液体的流动行为进行了观察,对不同填料表面液体的润湿面积、横向润湿长度进行了对比,结果表明,传质效率表现较高的填料其表面的液体润湿效果更好,有着更大的润湿面积、更长的横向润湿长度。     

泡沫陶瓷环形填料的流体力学和传质性能

填料是化工气液传质设备中的核心组成部分,其作用主要是为气液或液液两相提供充分的接触面,强化两相间的传质或传热过程．填料的结构和性能对填料塔的技术经济指标具有决定性的影响．陶瓷填料具有耐腐蚀、价格低廉、润湿性与热稳定性好等特点．但其加工性能差,只能做成简单形状,与其他材质的填料相比,比表面积和空隙率都比较小,流动阻力大,传质性能较差,使其应用受到了一定的限制．     

碳化硅规整填料的性能实验研究

为了研究新型多孔碳化硅规整填料的分离性能,文中对碳化硅规整填料进行了流体力学实验和传质实验。为了进一步提高碳化硅规整填料的传质性能,实验用硅酸钠溶液对碳化硅规整填料进行了表面改性处理,提高了填料表面的润湿性。实验结果表明:碳化硅规整填料具有较低的压降,较小的持液量,其理论板数可达到5块板以上,说明碳化硅规整填料是一种新型高效规整填料。同时获得了该填料的填料压降、泛点气速、持液量等流体力学性能数据,及填料层压降和液泛气速的关联式。     

新型垂直板规整填料流体力学及传质性能

采用氧解吸实验,在直径190 mm的有机玻璃塔内,液相喷淋密度10～38 m³·m^-2·h^-1,F因子0.2～3.2 m·s^-1·（kg·m^-3）^0.5的实验条件下测定了一种新型垂直板规整填料的流体力学及传质性能。实验结果表明：垂直板填料的操作压降及传质性能均显著优于商业波纹填料。通过与几种经改进的250型波纹填料相比发现,两者泛点F因子整体上相当;在较高液体喷淋密度下,垂直板填料传质性能及压降均高于改进250型波纹填料;在低喷淋密度下,垂直板填料可实现压降低于改进250型波纹填料,而两者传质性能相当。此外,对填料结构改进对其性能的影响进行了单因素考察。     

泡沫铝规整填料的实验研究

为了考察新型多孔金属填料的性能,对泡沫铝填料进行流体力学和传质实验研究,获得了该填料的填料压降、泛点气速、持液量等流体力学性能数据及填料层压降和液泛气速的关联式,传质实验结果显示:泡沫铝规整填料的理论板数可以达到10块以上,说明泡沫铝填料是一种新型高效规整填料。     

改性塑料规整填料的流体力学和传质性能研究

主要研究了不同比表面积和开孔率塑料规整填料表面处理前后的流体力学和传质性能。结果表明：经过表面改性后,传质性能可提高约20%～35%,开孔填料经表面改性后阻力不会增加,并且在低喷淋密度时传质效率提高显著。     

高通量催化精馏规整填料的流体力学性能

介绍了一种可应用于催化精馏工艺的高通量催化精馏规整填料(HCCP),并对其流体力学性能进行了研究与讨论。以空气-水物系为介质在内径为400 mm的冷模精馏塔内进行实验,测量了该填料的干湿塔压降、持液量等流体力学性能。高通量催化精馏规整填料在结构方面进行了改进,使催化剂装填量可控,实验结果表明:填料在降低塔内压降、增加通量方面具有明显优势。最后对实验数据进行回归,获得经验关联式;实验测量值与公式计算结果吻合较好,这表明,数据回归获得的关联式可用于预测一定操作条件下填料的流体力学性能,用于工业实践及设备放大。     

泡沫碳化硅脉冲规整填料的气相流场模拟研究

为了研究泡沫碳化硅填料内流体的流动状况并降低压降值,开发了具有脉冲结构的泡沫碳化硅规整填料,采用计算流体力学的方法,建立了具有周期性边界条件的三维模型对其气相流场进行模拟。通过与FSP-500Y填料实验数据的比较,完成了对模型的验证。研究结果表明,在45°泡沫波纹板内加入脉冲区结构能有效改善填料内流体流动的均匀性,减小传统波纹板结构交叉点处的流动阻力,降低填料内的单位压降,实现填料结构的优化。通过对比发现,脉冲结构数量相同,增加脉冲高度可降低填料压降;脉冲总高度相同时,减小脉冲高度,增加脉冲区个数可有效地减小填料的阻力损失。脉冲区的加入可使原规整填料压降降低15.5%~41.1%。     

规整波纹填料内气体流动和传质的CFD模拟

为了研究规整填料局部特征单元内流体的流动状况和传质效果,采用计算流体力学的方法对JKB-250Y交叉波纹填料以及增加隔板后的JKB-250Y交叉波纹填料进行了模拟计算比较。结果表明,加入隔板后有效改善了传质的局部均匀性,并且消除了两股气体交叉流动带来的阻力,降低了通道的单位压降。增加隔板后的交叉波纹填料压降比传统交叉波纹填料压降降低20%~50%,增加隔板后的交叉波纹填料传质系数比传统交叉波纹填料传质系数提高约20%,可见提高传质分布的局部均匀性是提高传质效率并且降低阻力的较为有效途径之一。     

低表面张力物系在规整填料塔中的传质性能

为了研究低表面张力物系在高比表面积的规整填料塔中的流体力学性能和传质性能,选用正庚烷-甲基环己烷物系,在内径400mm的不锈钢精馏塔中对Mellapak 500Y和750Y型规整填料进行全回流精馏实验。通过测定气相负荷从小到大直至液泛的过程,得到了不同操作条件下的压降、泛点气速、传质效率的数据,给定了操作的极限。结果表明:750Y填料的传质效率优于500Y填料,但稳定性比500Y填料差,处理量比500Y填料小。且实验中气相负荷递增变化时的传质效率略低于气相负荷递减变化时的传质效率。同时,为了考察传质效率随塔高的变化,填料塔在不同高度处设置了4个取样口,测定了不同取样口中样品的组成。通过分析传质效率随塔高的变化,阐述了不同负荷范围内气相总体积传质系数沿塔高的变化规律。     

Hydrodynamic and mass transfer efficiency of ceramic foam packing applied to distillation

In addition to a high void volume and specific area, solid foams possess other properties (low density, good thermal, mechanical, electrical, and acoustical behaviour) that make them attractive for applications such as heat exchangers and reformers. Applications using foams as catalysts or structured catalyst supports have demonstrated higher performance than classical catalysts. Several studies have explored the hydrodynamic behaviour of foams in monophasic and countercurrent systems and have reported very low pressure drops. This paper describes the application of ceramic foam to distillation. The β-SiC foam contains 5 pores per inch (PPI) with a 91% void volume and a surface area of 640 m²/m³. Performance parameters including pressure drop for the dry and wet packing, flooding behaviour, and dynamic liquid hold-up were measured in a column of 150 mm internal diameter. The mass transfer efficiency in terms of the height equivalent to theoretical plate (HETP) was determined by total reflux experiments using a mixture of n-heptane and cyclohexane at atmospheric pressure. The experimental results were used to develop a set of correlations describing pressure drop and liquid hold-up in terms of a dimensionless number. The hydrodynamic performance and mass transfer efficiency were compared with classical packing materials used in distillation.     

四种不同比表面积双曲型高效填料的流体力学与传质性能

用4种不同比表面积双曲(SQ)型金属波纹填料进行冷模实验。通过研究SQ型填料的流体力学和传质性能可知,双曲填料特殊的弧形波纹结构降低了塔压降,改善了气液分布。研究表明,SQ填料的塔压降要明显的低于BHS型填料,当L=20.38m3/(m2·h)时,SQ800压降比BHS800降低81.5%。SQ1500在常压操作下每米理论级数最高可达到30,比SQ800的传质效率高,能耗高,但是操作范围小;板波纹SQ125填料操作范围最大但是分离效率低,适合原料粗分离;板波纹SQ250填料有较好的分离效率和较宽的操作范围,适合旧塔改造等。     

表面改性塑料填料流体力学及传质性能研究

采用新的塑料波纹填料改性方法,有效改善填料成膜性,与同等条件下商业填料进行对比。采用氧解析实验,在直径190 mm的有机玻璃塔内,液相喷淋密度10—36 m3/(m2·h),F因子0.2—3(m/s)·(kg/m3)0.5的实验条件下测定了改性填料及商用填料的流体力学及传质性能。实验结果表明:当液体喷淋密度为10,24,36 m3/(m2·h)时,在相同的F因子下,改性填料的液相传质单元高度Ho L较商用填料分别降低了29.50%,23.00%以及23.95%,同时改性后压降也相应为商用填料的85.37%,89.71%和88.35%。表明该改性方法在低喷淋密度下对塑料填料性能提升显著。此外,对实验填料的Ho L、压降进行了关联,采用狭通道液膜波动理论对填料塔内部液泛进行了探讨,为塑料填料的工业应用提供了设计基础。     

S型规整填料的流体力学与传质性能

通过对4种不同比表面积S型金属丝网波纹填料进行冷模实验,研究分析了S型填料的流体力学和传质性能,并把其性能与同比表面积的金属丝网波纹填料进行了对比。研究表明,S型填料具有较小的塔压降,当F =1.2 (m/s)·(kg/m³)^0.5时,S800的干塔压降比CY800降低了40.02%;当F =1.2 (m/s)·(kg/m³)^0.5、L=25.46 m³/(m²·h)时,S800的湿塔压降较CY800降低了78.18%。S型与CY型填料相比具有较大的液泛气速,S800的液泛气速较CY800增加了22.22%以上;另外,S型填料具有较高的传质效率,S800型填料的理论级数每米最高可达到20块/m,当L=25.46 m³/(m₂·h),F≤1.5 (m/s)·(kg/m³)^0.5时,S800的理论级数较CY800提高了12.33%以上,传质效率较传统填料有很大程度的提高。S型填料的流体力学和传质性能均较好,能同时满足高通量、低压降、高效率等生产要求,有很好的应用前景。     

Liquid-solid mass transfer in a rotating packed bed reactor with structured foam packing

A rotating packed bed (RPB) reactor has substantially potential for the process intensification of heterogeneous catalytic reactions. However, the scarce knowledge of the liquid-solid mass transfer in the RPB reactor is a barrier for its design and scale-up. In this work, the liquid-solid mass transfer in a RPB reactor installed with structured foam packing was experimentally studied using copper dissolution by potassium dichromate. Effects of rotational speed, liquid and gas volumetric flow rate on the liquid-solid mass transfer coefficient (k_LS) have been investigated. The correlation for predicting k_LS was proposed, and the deviation between the experimental and predicted values was within ±12%. The liquid-solid volumetric mass transfer coefficient (k_LSa_LS) ranged from 0.04-0.14 1^-1, which was approximately 5 times larger than that in the packed bed reactor. This work lays the foundation for modeling of the RPB reactor packed with structured foam packing for heterogeneous catalytic reaction.     

Liquid-solid mass transfer in a rotating packed bed reactor with structured foam packing

A rotating packed bed (RPB) reactor has substantially potential for the process intensification of heterogeneous catalytic reactions. However, the scarce knowledge of the liquid–solid mass transfer in the RPB reactor is a barrier for its design and scale-up. In this work, the liquid–solid mass transfer in a RPB reactor installed with structured foam packing was experimentally studied using copper dissolution by potassium dichromate. Effects of rotational speed, liquid and gas volumetric flow rate on the liquid–solid mass transfer coefficient (k_LS) have been investigated. The correlation for predicting k_LS was proposed, and the deviation between the experimental and predicted values was within ± 12%. The liquid–solid volumetric mass transfer coefficient (k_LSa_LS) ranged from 0.04–0.14 1⁻¹, which was approximately 5 times larger than that in the packed bed reactor. This work lays the foundation for modeling of the RPB reactor packed with structured foam packing for heterogeneous catalytic reaction.     

塑料异型矩鞍填料的流体力学及传质性能研究

在内径300 mm塔中,以空气-氨-水为物系,对开发出的一种新型塑料散装填料———异型矩鞍填料的流体力学及传质性能进行了研究。获得了该填料的几何特性、流体力学性能及传质性能数据,并通过对实验数据的回归分析,得出了填料层压降Δp/Z、泛点填料因子F及气相总传质单元高度HOG的关联式。研究结果表明,塑料异型矩鞍填料具有通量大、压降低、气液分布均匀及传质性能优良等优点。