作者/來(lái)源:天津衡創(chuàng )工大現代塔器技術(shù)有限公司    日期:2012-05-21    點(diǎn)擊量:559

關(guān)鍵詞：復合塔板； 梯矩形立體連續傳質(zhì)塔板；流體力學(xué)；壓降；操作彈性
分類(lèi)號：TQ053.5　 文獻標識碼：A 文章編號：0438-1157(2006)06-1314-05

引言
板式塔結構簡(jiǎn)單、性能穩定、成本低廉，廣泛應用于各種場(chǎng)合，但霧沫夾帶大、操作彈性小等原因限制其進(jìn)一步應用；填料塔壓降低、傳質(zhì)效率高，因此有人將兩者結合起來(lái)形成一種新的高效復合塔板。復合塔板有以下特點(diǎn)：（1）整個(gè)塔板空間全部具有傳質(zhì)作用； （2）填料層起到氣體均布器的作用，使氣體分布均勻，氣體接觸更好；（3）填料層能夠捕捉由氣相夾帶的霧沫（包括小液滴），基本上消除了塔板間的霧沫夾帶。從目前報道來(lái)看，復合塔板的實(shí)際應用效果良好——傳質(zhì)效率高、霧沫夾帶小、操作彈性大， 因此有必要對復合塔板進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。
作者在梯矩形立體傳質(zhì)塔板（LLC-Tray）基礎上，通過(guò)在塔板下面增加一薄層規整絲網(wǎng)填料，使其既具有板式塔的優(yōu)點(diǎn)既擁有板式塔的優(yōu)點(diǎn)又有填料塔的特點(diǎn)，同時(shí)，避免了以前復合塔板的板間空間幾乎全部被填料層占用的缺點(diǎn)，使設備結構簡(jiǎn)單、安裝（拆卸）方便、費用降低。本文通過(guò)實(shí)驗初步測定了該復合塔板的基本流體力學(xué)性能，以期對今后的研究及工程應用有所幫助。

1 實(shí)驗
1.1實(shí)驗裝置
實(shí)驗在800㎜×600㎜的矩形多罩冷模裝置中進(jìn)行，如圖1所示。該裝置由4塊塔板組成：頂層為霧沫夾帶測試板，中間兩層為實(shí)驗板，底層為氣體分布及漏液測試板。實(shí)驗板上安裝有11只高度不同的帽罩，實(shí)驗孔為平板孔型。
Fig.1 Sketch map of experimental equipment
1-Entrying liquid valve;2-water pump;3-leaving liquid valve;4-flowmeter;5-tower body;6-pack;7-experimental cover;8-experimental plate;9-gas distributing plate;10-pilot tube;11-manometer; 12-water tank;13-air blower;14-air adjusting valve
復合塔板結構
1.2.1帽罩結構 實(shí)驗帽罩結構及開(kāi)空率見(jiàn)表1。帽罩結構在塔板上采用高低錯落排布（A-B-A 或B-A-B），帽罩形狀及塔板上的安裝形式見(jiàn)圖2 .[（a）為主視圖，（b）為俯視圖]。
Fig.2 Sketch map of cup and installation in compound tray
Table 1 configuration of cap
No. length ×breadth
×height/mm3 configuration opening rate ofspray broad /% Dia.of spray
hole/㎜ Number of
spray hole configuration of
clerestory/mm3 Height of
bottom/㎜
A 140×60×170
140×60×185 flat with hem 13-18.5 8-15 3×7×2 103×107×20
100×115×23 15-23
B 140×60×170
140×60×185 flat with hem 20-27.3 8-15 3×7×2 113×117×20
100×115×23 15-23
Note: rate of trays in experiment is 12.94%.
1.2.2 規整填料參數 2~3層不銹鋼絲網(wǎng)填料按平鋪方式放入塔板下方，其特性參數為：比表面125㎡.m-3,空隙率96%~98.5%。
1.3 測試方法
（1）空氣流量用標準畢托管+微壓差計測量；
（2） 液體流量用智能渦輪數字流量計測量；
（3） 干、濕板壓降采用U形管壓差計測量；
（4） 板上清液層高度用液面計測量；
（5） 霧沫夾帶及漏液經(jīng)收集后用臺秤稱(chēng)量；

2 結果與討論
2.1 干板壓降
實(shí)驗測定了相同條件（開(kāi)孔形式、孔徑和開(kāi)孔率）時(shí)復合塔板的板孔壓降和干板壓降，結果匯于圖3。由圖3可知，復合塔板的板孔壓降和干板壓降并沒(méi)有因增加一層填料而引起明顯的差別，復合塔板與LLC-Tray的壓降（包括板孔壓降和干板壓降）變化規律基本相同，只是復合塔板的壓降比LLC-Tray的壓降稍大一些。這是由于板孔下的那層規整絲網(wǎng)填料，使得氣體在通過(guò)復合塔板時(shí)壓降值增大，但是又由于填料對上升氣體由均布的作用，使得上升氣體分布均勻，從而消除了氣體速度局部過(guò)大以及局部渦流現象，減小了氣體能量損失，綜合以上兩各方面的因素，使得復合塔板的壓降值比LLC-Tray壓降大的不是很多。
Fig.3 Dry-pressure-drop of compound tray（1mmH2O=9.80665Pa）
由于復合塔板壓降變化規律與LLC-Tray干板壓降的變化規律相似，所以同樣利用模型
(1)對復合塔板的干板壓降進(jìn)行擬合，式（2）是利用實(shí)驗得到的數據擬合結果
2.2 濕板壓降
濕板壓降濕板壓降與氣液兩相流動(dòng)狀況的關(guān)系比較復雜，一般認為影響濕板壓降的主要因素是板孔氣速和板上清液層高度。本文通過(guò)實(shí)驗研究了上述兩個(gè)參數對濕板壓降的影響。
圖4說(shuō)明在其他條件不變的情況下，復合塔板的濕板壓降隨著(zhù)板孔氣速的增大而增大，其變化趨勢與LLC-Tray的相似，差值隨氣速的變化而變化：氣速較低時(shí)兩者差值較小；而氣速較大時(shí)比較大。這可能是由于隨著(zhù)氣速的增大，由于液沫占據填料的空隙，使得氣體消耗在規整填料細小空隙處的能耗變大的緣故，從而復合塔板總壓降增大的幅度較大。
圖5說(shuō)明在板孔氣速和溢流堰高度不變條件下，復合塔板的濕板壓降隨著(zhù)液流強度的增大而增大；而溢流堰高度對于濕板壓降的影響基本上相同，即隨堰高的增高而增大。
Fig.4 Comparison of wet-pressure-drop between compound tray and LLC-Tray
Lw=22.5m ·（h·m）
Fig.5 Effect of weir height od wet-pressure-drop of compound tray
(Fo=25.36m.s-1.(kg.m-3)-1/2)
由于液流強度和溢流堰高度是通過(guò)影響板上液層高度來(lái)影響濕板壓降，所以利用加和模型式（3）
(3)
關(guān)聯(lián)實(shí)驗所得到的數據，得到以下關(guān)聯(lián)式
(4)
2.3 霧沫夾帶
本文測定了板孔氣速、液流強度、溢流堰高、噴射板開(kāi)孔率以及罩體底隙等因素對復合塔板霧沫夾帶的影響，結果表明，影響霧沫夾帶的主要因素是板孔氣速u(mài)o（這里沒(méi)有考慮板間距對塔板霧沫夾帶的影響），結果示于圖6。
對實(shí)驗數據進(jìn)行擬合得到以下公式
ev=9.5×10 u (5)
由圖6可以看出，復合塔板的霧沫夾帶非常小，尤其在高氣速時(shí)，其夾帶量遠遠小于LLC-Tray的夾帶量（低80%左右），這是由于塔板下面的規整填料將氣體夾帶上來(lái)的細小液滴“攔截”下來(lái)，小液滴又逐漸合并成大液滴，從而落回到下一層塔板上，規整填料不但“攔截”了氣體夾帶的細小液滴， 而且還通過(guò)液滴的合并更新氣液接觸表面積，從而提高復合塔板傳質(zhì)效率。
Fig.6 Comparison of entrainment between compound tray and LLC-Tray
（Lw=19.3m ·（h·m） ，HT=500mm）
2.4 漏液
在一定溢流堰高的條件下，通過(guò)實(shí)驗，測定了板孔氣速、液流強度、噴射板開(kāi)孔率以及罩體底隙對復合塔板漏液量的影響，試驗結果表明，影響復合塔板漏液量的主要因素是板孔氣速u(mài)o結果示于圖7。
Fig.7 Comparison of weeping liquid
（ Lw=19.3m ·（h·m） ）
對實(shí)驗數據進(jìn)行擬合得到以下公式
el=8.31×105u (5 )
由圖7可知，復合塔板的漏液量遠小于LLC-Tray和New-VST塔板俄的漏液量。實(shí)驗過(guò)程中，將復合塔板與LLC-Tray上下放置，對二者的漏液情況進(jìn)行了比較，發(fā)現當LLC-Tray漏液非常嚴重的時(shí)候，復合塔板還沒(méi)出現漏液，在相同條件下，復合塔板的漏液量比LLC-Tray減小40%左右，這也證明了圖7中二者的關(guān)系。 分析其中的原因，可能由于規整填料的空隙很小，從而液體在其界面上的表面張力變大，這樣即使板孔氣速變小，液體表面張力仍可以將塔板上的液體“托住”使其漏不下去，從而降低了塔板的負荷下限 。

3 結論
本文是在梯矩形立體連續傳質(zhì)塔板（LLC-Tray）的基礎上，增加幾層絲網(wǎng)填料，初步設計了一種新型復合塔板，通過(guò)實(shí)驗，對該復合塔板在噴射狀態(tài)下的壓降、霧沫夾帶、漏液等基本流體力學(xué)性能作了系統測試，并進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。結果表明：與LLC-Tray相比，該復合塔板在相同的操作條件下具有更大通量（提高80%以上）、更大操作彈性（提高40%左右）、更小霧沫夾帶（降低80%左右）、更低漏液量（減小40%左右）等優(yōu)點(diǎn)。該復合塔板適合對能耗要求不大、通量大，同時(shí)對操作彈性有嚴格要求的生產(chǎn)

符 號 說(shuō) 明
et ——漏夜量，kg液.(100 kg液)-1
ev ——霧沫夾帶量，kg液.(kg氣)-1
F0 ——板孔動(dòng)能因子，（m.s）-1.(kg.m-3)1/2
g —— 重力加速度，m.s-2
H T —— 板間距，mm
hd —— 干板壓降，mm H2O（1 mm H2O=9.80665 pa）
hol —— 板上液層高度，mm
how ——堰高，mm
hw ——濕板壓降，mm H2O（1 mm H2O=9.80665 pa）
Lw —— 液體強度，m3 .（h.m）-1
uo —— 板上氣速，m.s-1
ρg ，ρl —— 氣相密度、 液相密度， kg.m-3
β —— 液層阻力系數
ζ ——阻力系數
ε——板孔阻力系數
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