开窗导流式规整填料的流体力学及传质性能研究

摘要

规整填料由于具有大通量、低压降、较高的传质效率等优点而在工业上运用较广,特别是在气液传质设备中,并有逐步取代板式塔的趋势,因此在深入研究规整填料内的气液流动状况和传质状况的基础上,进一步开发出高效规整填料对工业生产具有重要意义。
　　 本文首先综述了规整填料的发展以及近期的研究现状,同时对规整填料内部液膜流动和气液传质机理做了简单介绍并提出了一种开窗导流式规整填料。
　　 开窗导流式规整填料是在普通板波纹填料的基础上开发的,其与板波纹填料最大的不同就是在波峰或波谷处开有立体的小窗,其主要作用是引导在波谷流动的液膜流到填料片另一侧的波峰处以增加液膜覆盖面积,同时液膜在填料片两侧交替流动时,可以使液膜得到有效更新,有利于传质的进行。
　　 本文对两种开窗导流式规整填料(开窗350X型及开窗350Y型)进行了流体力学和传质性能测试,并将其与对应的普通板波纹填料进行了对比。
　　 实验所用填料塔塔径为384mm,塔内有液体分布器和气体分布器,有效填料层高度1.2m。流体力学实验采用空气——水系统,实验中对规整填料的压降和持液量进行测量。结果显示开窗导流式规整填料的压降比普通350板波纹填料的压降高30％～40％左右。开窗350X型填料的动持液量比普通350X型填料的动持液量高10％～20％左右,开窗350Y型填料动持液量比普通350Y型填料的动持液量高4％左右。开窗350X型填料的压降比普通350Y型填料的压降低40％左右,且两者的动持液量基本相同。
　　 传质实验采用二氧化碳水溶液和空气系统,通过测定解吸过程中塔顶和塔底溶液的二氧化碳浓度来计算规整填料的传质单元高度,进而比较规整填料的传质效率。实验结果表明开窗导流式规整填料的传质效率比普通350板波纹填料的传质效率高,开窗350X型比普通350X型高10％～20％,开窗350Y型比普通350Y型高5％。同时,开窗350X型填料的传质效率与普通350Y型填料的传质效率基本相同。
　　 综合比较,开窗350X型填料可以取代普通350Y型填料,但其压降比后者更低,大约低40％左右。在以后的任务中,可以进一步改变开窗导流式规整填料的几何参数(倾角,开窗大小,开孔率等)来改进填料的流体力学性能和传质性能。