新型多孔陶瓷规整填料的性能实验研究毕业设计(论文)前期报告.doc

2014届本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计（论文）题目：新型多孔陶瓷规整填料的性能试验研究专业（方向）： 学生信息： 学号： 姓名： 班级： 指导教师信息： 教师号： 姓名： 职称： 报告提交日期：2014.03.18内容要求：建立填料塔的实验装置，对多孔陶瓷规整填料进行流体力学性能的测定，及传质性能的测定，获得相关性能的数据。关键词：多孔陶瓷，规整填料，填料塔，流体力学性能，传质性能实验研究背景与意义填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。在我国化工生产中占有重要的地位，其应用范围广泛在炼油、石油化工、精细化工、化肥、制药和原子能工业等部门。为国民经济带来了巨大动力，其中填料是填料塔的核心部件，填料指装于填充塔内的惰性固体物料,例如鲍尔环和拉西环等，其作用是增大气-液的接触面,使其相互强烈混合。 其中填料分散装填料、规整填料、毛细管填料。散装填料一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料，有空的环形填料，表面敞开的鞍形填料等。常用的材料包括金属，陶瓷，玻璃，石墨等。例如 拉西环，弧鞍，矩鞍，鲍尔环，阶梯环，金属环等，然而规整填料与散装填料不同，是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。可以在塔的内部逐层叠放，最早的规整填料是由木板条排列成的栅板，后来也有金属条或塑料板条做的。栅板填料的气流阻力小，传质效果比较差，现在已接不用于气液传质设备了。60年代出现了丝网波纹填料和板波纹填料，是目前广泛的规整填料。例如丝网波纹填料它的规整结构，可以减小气流阻力，排列整齐而且空隙大，丝网密集，液体可在网面上形成稳定的薄膜，即使小的喷淋密度也可达到完全润湿的。但是丝网波纹也有缺点，比如造价高，安装要求高，填料塔内部通道狭窄，容易堵塞且不容易清洗。国内研究状况（文献综述） 天津大学化工学院曹 黎 ，张卫江在全回流和部分回流比的条件下，用庚烷甲苯和环己烷庚烷两种二元测试物系对直径为 50mm 的 CDG1700Y 和 CDG2500Y 型金属丝网规整填料的流体力学性能和传质性能进行了测定。实验结果显示，这两种规整填料的压降随着回流比的增大而变大，单位填料层高度的等板高度HETP变化趋势则相反；CDG1700Y 和 CDG2500Y 型填料的具有比较高的理论板数；另外，实验结果可知这两种填料可操作的范围小，气体动能因子F在 1 到0.75范围内压降和等板高度HETP值突然变化，塔内出现液泛现象。 天津大学吴西瑞，余国琮在内径为 19mm 的精馏塔内对丝网型波纹规整填料在高压下的传质性能进行了测试。实验的控制压力为 0.71.9MPa，实验物系是正丁烷和异丁烷，测试实验在全回流条件下进行。实验测得的丝网规整填料等板高度数值在 0.050.12m 范围之间；通过对数据的分析显示，在所有测试压力下，随着气相负荷的变大，在恒持液区填料分离效率呈现出略微变大的趋势；并且随着压力的变大，填料的分离效率也提高。并将实验结果与天津大学以前的实验测定结果以及 FRI的实验结果进行了对比，发现数据与有些文献数据存在一定的差异，实验认为这主要是由实验装置的规模和填料塔内件的不同造成的。对“效率驼峰”出现的机理及可能原因进行了分析，认为由各种因素引起的不均匀流动和气液相返混是其发生的主要原因。 天津大学张雪，张卫江研究用化学交换法分离硼同位素的实验室中测试研究。该过程分离要求较高，需要较大的理论板数。对于此要求，课题引入了两种新型金属丝网规整填料 CDG1700Y 和 CDG2500Y并对它们的流体力学性能和传质性能进行初步的测试。采用了体积平均的方式使在规整填料塔内的流体非连续性介质连续化，并把分别建立了描述填料塔内流动规律的气、液单相流流动方程和气液两相流状况下的气相和液相的流动方程。建立了三维 CFD 模型，然后根据建立的方程选用了 Fluent 中的多孔介质模型、相流欧拉模型和用户自定义模型分别对液相单相流和气液两相流进行了计算，得到了塔内不同截面的压力分布图、速度矢量图，相含率分布图的流体力学分布的情况，模拟结果能较好的反应规整填料塔内流场分布的情况。 天津大学张燕来 朱慧铭使用显色化学反应的流体可视化方法研究规整填料表面上的点传质效果,并且第一次使用高精度彩色扫描仪进行后处理,把颜色值转化为数字值然后通过风洞的标定特性来建立数字值和点传质量之间的联系,进而得到填料表面的点传质系数在不同的雷诺数下,对规整填料点传质效果进行了测试实验结果显示,规整填料内部的传质分布是不均匀,并且在每一传质单元中存在着三个传质高峰值。 浙江工业大学化工机械设计研究所，浙江杭州李相鹏，陈冰冰，高增梁在精馏过程气液两相流运动分布特性对分离的效率具有很大的影响。为研究规整填料的表面液膜流体动力学属性建立了与方法相似的分析模型，并基于文献试验结果进行了论证。对液膜随时间和空间的演化分布的特征、速度场的分布和液相的流量影响进行了测试的分析。液膜在波纹顶部下沿聚集形成的凸起状波峰，在波纹底部波峰消失同时，而到达下节波纹上沿时候，波峰重新形成时候；瞬态液膜厚度随时间的波动，且沿填料表面的液膜平均厚先减小后保持稳定平衡；发现液相聚集及形成液滴坠落很容易导致出现干板的区域。不同位置的液膜速度分布存在较为明显的差异，沿填料表面液膜的平均速度先增后减也许保持稳定；液膜绕过波纹顶部时候也会加速，在波纹底部及上沿处会减速。液相流量也会增大，液膜平均厚度及速度都会有所增大。华东理工大学化学工程（联合国家重点实验室）胡剑光，刘佳特，袁猛，于建国，戴干策采用氧解吸实验，在直径 190 mm 的有机玻璃填料塔内，液相喷淋密度 10到38 m3m2h1，F 因子 0.2到3.2ms1(kgm3)0.5的实验条件范围内下测定了一种新型垂直板规整填料的流体力学及传质的性能。实验结果证明：垂直板填料操作压降和传质性能都显著优于商业的波纹填料。通过与几种经改进的250型波纹填料对比显示，两者泛点 F 因子整体上相当；在较高液体的喷淋密度下，垂直板填料传质属性和压降都高于改进250型的波纹填料；在较低喷淋密度下，垂直板填料可以实现压降低于改进250型波纹的填料，而两者传质属性相同。除此之外，对填料的结构的改进对其性能影响进行了单因素的考察散装填料的规整填料使用的场合不同，在化工行业填料塔器的行业当中，需要合理的使用，该课题针对规整填料实际的属性。进行了测试。 以上是我国对规整填料的属性测定的方法。本课题研究装置及方法 本课题针对新型多孔陶瓷规整填料的性能试验研究，多孔陶瓷材料与传统的规整填料材料相比，具有极高的比表面积，因此具有更大的汽液接触面积，其传热传质效率将进一步提升，同时因为多孔陶瓷填料的孔隙率较大，压降较小，可实现节能，此外多孔陶瓷填料还具有良好的抗蚀性能。综上所述，这种新型填料具有较高的分离效率，尤其适用于理论板数特高的场合，使用这种填料不仅能获得更高纯度的精馏产品，且能大幅度降低塔的高度，实验将对这种填料的流体力学性能和传质性能进行研究，为实现工业化应用提供可靠的设计数据。 1 填料塔；2 塔釜的温度计；3 贮水槽；4 水泵；5 液体转子流量计；6 塔顶温度计；7 液体分布器；8 压差计；9 空气转子流量计；10 鼓风机图。流体力学实验装置 1、在空气/水测试物系下，对新型多孔陶瓷规整填料进行了流体力学实验研究，测定了填料压降、持液量等主要填料参数；在对/邻二甲苯测试物系下，对新型多孔陶瓷规整填料进行了传质性能实验研究，测定了实验物系下填料的等板高度HETP。 2、在多孔介质传质模型的基础上，以实验数据为依据，建立了填料压降经验关联式，并分析其可靠性；以Bain-Houzen模型为基础，建立了填料液泛点经验关联式，并分析其可靠性。 3、在BRF模型的基础上，以实验和前人实验结果为依据，建立修正的传质模型，预测了新型多孔陶瓷规整填料的传质性能，并将预测结果与BRF模型和实验值进行对比，为分离硼同位素的设计计算提供理论依据。实验室过程中遇到的问题及解决的办法（1）填料的持液量的测定存在限制。 同组人采用自己设置刻度，向塔釜加每50ml水，就画一条线，作为持液量的测定依据。 （2）鼓风机功率较大，风速超过了涡街流量计的测量范围。 因此同组人采用旁路调节，降低主管路的气流量，使主管路的风速在测定的范围内。（3） 塔釜和塔身的保温方法。 同组人才用塔釜用棉花包裹，塔身用伴热保温。（4） 做传质实验的时候，回流管总是受热而融化。