环型散堆泡沫碳填料传质性能与微观流动行为

发布时间：2020-07-15 21:10

【摘要】：泡沫碳材料具有密度低,强度高,空隙率高、比表面积大、耐腐蚀等优点,在医学、建筑和催化剂载体等领域均具有良好的应用前景。在精馏领域,本课题组将泡沫材料与填料相结合,研发了一系列的高效传质元件。本文将泡沫碳材料引入散堆填料领域,制作开发了一批环型散堆泡沫碳填料(RRFP-C),并且对其传质性能、润湿面积以及液体润湿过程进行系统地探究。传质效率实验在直径为300mm的不锈钢精馏塔内进行。实验对陶瓷拉西环、金属拉西环和环型散堆泡沫碳填料进行研究,选择环己烷-正庚烷标准物系对其进行常压全回流传质性能测试实验。结果表明,在传质性能方面,环型散堆泡沫碳填料整体要优于传统环型填料,且具有更宽的操作范围,比传统拉西环的液泛点高20%左右。环型散堆泡沫碳填料在较高的回流量下的等板高度可以达到0.24m。在压降方面,环型散堆泡沫碳填料的操作压降略低于传统环型填料,并且随着流量的增加,表现出更低的操作压降。在微观流动行为的研究方面,采用荧光剂示踪技术进行标记,对陶瓷拉西环、金属拉西环和环型散堆泡沫碳填料进行润湿过程和润湿面积实验。润湿过程实验结果表明,液体在未润湿环型散堆泡沫碳填料表面的扩散过程分为三个阶段:竖直流动阶段、横向流动阶段和稳定阶段。液体在润湿环型散堆泡沫碳填料表面的扩散过程分为2个阶段:扩散阶段和稳定阶段。其中扩散阶段存在液体在填料内部进行向四周铺展的过程,达到稳定时间较快,润湿面积较大。润湿面积的实验表明,环型散堆泡沫碳填料环型散堆泡沫碳填料的整体润湿面积保持80%以上,远远高于其他两种传统填料的10-60%。环型散堆泡沫碳填料具有独特的流动形态和扩散方式:环型散堆泡沫碳填料在0-90°的放置角度下均表现出较好的润湿面积和更均匀的液体分布;环型散堆泡沫碳填料表面的润湿面积受流量变化程度的影响在10%以内,并且在较大范围的液体流量下均有较好的分布性能;环型散堆泡沫碳填料在顶部进料时的润湿情况最好,并且润湿面积比例受进料点位置的影响较小,并且整体保持80%以上的润湿面积。通过对环型散堆泡沫碳填料传质性能和微观流动行为的研究,结果表明:环型散堆泡沫碳填料具有较高的传质效率和较宽的操作范围,流体在填料表面具有较好的润湿面积和较均一的分布性能,具有广阔的应用前景。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ053.5;TQ021.4

【参考文献】