超重力旋转床流体力学和传质性能的研究

发布时间：2017-05-08 20:04

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【摘要】： 旋转填料床是八十年代初发展起来的新型超重力场气液传质设备。它利用旋转产生的远大于重力的离心力，使气液在高度湍流下接触，强化传质过程，提高传质效率。 自20世纪80年代以来，国内外陆续有一些公司和大学对旋转填料床进行了研究，研究主要包括填料的改进、流体力学和传质性能等几个方面。本文是在浙江工业大学对旋转填料床气相压降研究的基础上，通过改进转子的结构，对两种不同类型的旋转床的传质效率、气相压降进行进一步的研究，并初步建立了旋转床传质模型。 本文设计了一个气液接触充分、停留时间适当的新型折流式转子结构。这种结构是在转子内安装圆环状折流薄片，上下折流板间留有一定空隙，其中上层折流板固定，下层折流板随转子一起转动，使液体在转子中由内向外流动的过程中不断地被粉碎、雾化，增加了气液接触面积和表面更新频率；气液逆流绕过交错的折流板适当增加了气液在转子中的停留时间，从而显著地提高了传质效率。 本文在常压、全回流，转速为400～1200rpm的条件下，以乙醇-水为物系，对旋转床的压降和传质效率进行了研究。试验中分别改变回流液量和转子旋转速度大小，，测量顶部回流液乙醇浓度、底部再沸器内的乙醇浓度和流经旋转床的气相压降。建立了气相压降关于旋转速度、气液流量的关联式；获得了传质效率随转速、回流量变化的关系，并初步建立传质效率的理论模型。 改变旋转床的转子结构，在相同的操作条件下，进行压降和传质效率的研究。这些改变包括：(1)扩大转子的外径，使转子上下折流板数增加50％；(2)使转子的上折流板和下折流板一起随转子转动；(3)在折流板间装填拉西环。 实验的结果表明： 1．在相同的气液流量下，旋转床的转速越大，其传质效率就越高； 2．在固定的转速下，旋转床的传质效率随气液流量的增加略有下降，但基本保持在一定值； 3．折流式旋转床的气相压降随着转速和气液流量的增大而增大；旋转填料 浙江工业大学硕士学位论文 摘要 床的气相压降随着转速和气体流量的增大而增大，随着液体流量的增大 而减小。 4．在液体流量为 251／h，转速为 1200r／min的操作条件下，转子直径为 500mm的折流式旋转床获得了9．8块理论塔板的分离效果，相当于每米 49块理论板数； 5．在折流板之间填充拉西环的折流式旋转床的传质效率远低于折流式旋转 床的传质效率。 在实验中还使用数码相机对高速旋转的折流板式转于进行摄像，在曝光时间 极短的情况下，得到了转于内液体运动的瞬间图象，从而观察到了转子内液体被 粉碎成微小液滴的现象。
【关键词】：超重力场 旋转床 气液传质 压降
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TQ021
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-11
• 前言11-13
• 第一章 文献综述13-29
• 1．1 引言13
• 1．2 超重力旋转床简介13-15
• 1．2．1 超重力旋转床发展前景13-14
• 1．2．2 超重力旋转床结构和原理14-15
• 1．2．3 超重力旋转床的特点15
• 1．3 超重力旋转床在国内外的研究进展15-18
• 1．3．1 国外的研究进展16-17
• 1．3．2 国内的研究进展17-18
• 1．4 超重力旋转床的基础理论研究及模型18-25
• 1．4．1 流体力学性能及模型18-22
• 1．4．2 传质性能及模型22-25
• 1．5 超重力旋转床的转子结构及填料的研究25-27
• 1．5．1 转子结构的研究25-27
• 1．5．2 转子填料的研究27
• 1．6 超重力旋转床的工业应用27-29
• 第二章 实验内容及设备29-39
• 2．1 旋转填料床冷模实验29-30
• 2．1．1 实验内容29
• 2．1．2 实验流程29-30
• 2．1．3 实验步骤30
• 2．2 旋转填料床精馏实验30-32
• 2．2．1 实验内容30-31
• 2．2．2 实验流程31
• 2．2．3 实验步骤31-32
• 2．3 折流式旋转床精馏实验32-34
• 2．3．1 实验内容32-33
• 2．3．2 实验流程33
• 2．3．3 实验步骤33-34
• 2．4 观测实验34
• 2．4．1 实验内容34
• 2．4．2 实验步骤34
• 2．5 主要实验设备34-39
• 2．5．1 旋转床主要部件尺寸34-35
• 2．5．2 折流式转子35-37
• 2．5．3 密封结构37-39
• 第三章 实验数据处理39-42
• 3．1 动能因子F的计算39
• 3．2 气相压降关联39-40
• 3．3 气液平衡关联式40
• 3．4 乙醇浓度40-41
• 3．5 理论板数41
• 3．6 径向有效传质长度41
• 3．7 理论板数关联41-42
• 第四章 流体力学性能42-58
• 4．1 实验结果与讨论42-53
• 4．1．1 通量对气相压降的影响42-48
• 4．1．1．1 旋转填料床气液流量对压降的影响42-44
• 4．1．1．2 折流式旋转床液体流量对压降的影响44-48
• 4．1．1．3 结论48
• 4．1．2 转速对气相压降的影响48-51
• 4．1．2．1 旋转填料床旋转速度对压降的影响48-49
• 4．1．2．2 折流式旋转床旋转速度对压降的影响49-51
• 4．1．2．3 结论51
• 4．1．3 淹床现象51
• 4．1．4 液体流动状况51-53
• 4．2 理论模型53-58
• 4．2．1 旋转床气相压降关联53-56
• 4．2．1．1 折流式旋转床53-54
• 4．2．1．2 旋转填料床54-56
• 4．2．2 旋转床气相压降模型56-58
• 第五章 传质性能58-71
• 5．1 实验结果与讨论58-68
• 5．1．1 旋转填料床传质性能研究58-59
• 5．1．1．1 旋转填料床不同填料对传质效率的影响58-59
• 5．1．1．2 旋转填料床旋转速度对传质效率的影响59
• 5．1．2 折流式旋转床传质性能研究59-66
• 5．1．2．1 折流式旋转床液体流量对传质效率的影响59-63
• 5．1．2．2 折流式旋转床旋转速度对传质效率的影响63-66
• 5．1．3 结论66
• 5．1．4 折流式旋转床与传统填料床的比较66-67
• 5．1．5 折流式旋转床与旋转填料床的比较67-68
• 5．2 理论模型68-71
• 5．2．1 传质系数68-70
• 5．2．2 经验关联70-71
• 第六章 结论与建议71-73
• 6．1 结论71-72
• 6．2 建议72-73
• 符号说明73-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 附录一81-82
• 附录二82-83
• 附录三83-86

【引证文献】

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本文编号：351760