泡沫波纹规整填料结构特性对其性能的影响

摘要

蒸馏过程的节能与强化一直是化工领域研究学者的关注热点，新型气液传质元件的开发又是重中之重。规整填料几何结构规则，气液通道均匀，呈现出高通量、低压降、高效率的优良性能，是在蒸馏过程中应用最为广泛的传质元件。泡沫碳和泡沫碳化硅材料具有比表面积大、孔隙率高、孔径可控易加工、耐腐蚀等优点，引起了蒸馏领域内学者的关注和应用探究，具有良好的发展前景。本课题组将上述两种材料应用于蒸馏传质元件的制作，开发了多种新型泡沫波纹规整填料。 为了探究泡沫波纹规整填料结构特性对其性能的影响，本文选定了3种泡沫碳化硅规整填料SFP-500Y-D5、SFP-500Y-D3和SFP-500X-D3，以及2种泡沫碳波纹规整填料CFP-500X和CFP-500W。重点研究了孔径和波纹倾角两个因素对填料性能的影响。常压下在直径为600mm的有机玻璃塔中，使用空气-水，测定了3种泡沫碳化硅填料的流体力学性能。在直径为310mm的不锈钢精馏塔中，使用环己烷-正庚烷二元混合物为测试体系，常压下进行全回流实验，测定了所有5种泡沫规整填料的传质性能。结果表明，与孔径为5mm的SFP-500Y-D5填料相比，有着更小孔径（3mm）的SFP-500Y-D3填料表现出了更大的干、湿填料压降，泛点气速降低了约9%，传质效率提高了约12.6%。与波纹倾角为15°的CFP-500W填料相比，有着30°波纹倾角的CFP-500X填料表现了更大的湿填料压降，当F因子处于0.34~1.48(m/s)·(kg/m3)0.5范围内，传质效率提高了约36.8%。在泡沫规整填料与传统金属填料传质性能的对比中，前者展现了更高的分离效率。不同液体分布的研究表明，抗雾沫夹带能力强，液体分布平缓稳定的槽盘分布器更有利于泡沫填料性能的发挥。 本文采用荧光紫外显像技术和影像数据化处理等方法，进一步研究了泡沫波纹填料片的结构参数及制备材料对填料片上液体流动扩散性能的影响。结果表明，相同波纹倾角和压缩比情况下，孔径越小，填料片的扩散性能越强，但液体处理能力的下降。流量与填料片内液体垂直扩散速度和横向扩散距离呈正相关，对大多数情况下液体扩散角度和扩散面积等没有明显影响。波纹倾角越大则液体扩散角度越小，进而导致垂直扩散速度的减小，横向扩散距离和扩散面积的增大。在相同条件下，液体在泡沫碳化硅填料片上的扩散性能要优于泡沫碳填料片，有着更好的径向分布作用和更大的传质面积，从传质面积角度解释了传质实验中泡沫碳化硅波纹规整填料的传质性能优于后者的原因。总体来说，泡沫波纹片有着出色的液体扩散性能，较少出现沟流现象，液膜扩散明显，有良好的液体分布能力，可以提供较大的气液接触面积。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 规整填料概论

1.2 泡沫材料及其在气/液传质元件中的应用

1.3 泡沫波纹规整填料制备技术

1.4 本文研究内容

第2章 实验装置的建立和实验方法

2.1 实验物系和装置

2.2 数据处理方法

第3章 泡沫波纹规整填料的性能研究

3.1泡沫碳化硅规整填料结构

3.2 孔径对泡沫碳化硅波纹规整填料性能的影响

3.3 泡沫碳规整填料的结构

3.4 倾角对泡沫碳填料的传质性能的影响

3.5 液体分布对泡沫碳规整填料传质性能的影响

3.6 本章小结

第4章 泡沫填料片上的液体流动扩散研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢