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喷射式超重力旋转床的压降研究李肖华
第41卷第4期2013年8月
浙江工业大学学报
OURNALOFZHEJIANG UNIVERSITYOFTECHNOLOGYJ
Vol.41No.4
Au2013.g
喷射式超重力旋转床的压降研究
李肖华,吴 杰,刘学军,李育敏,姚 文,高 升,计建炳
()浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江杭州310032
摘要:
喷射式超重力旋转床是一种新型高效的气液传质设备,旋转床的气相压降是旋转床应用和设计的一项重要指标.以空气-水体系在常压条件下,对喷射式旋转床的气相压降进行了实验研究.实喷淋密度的增加对气相压降影验表明:
喷射式旋转床的气相压降随F因子和转速的增大而增大,
0.0.3255
·s)/·h)/(,(,喷淋密度为1响不明显.当转速为8F因子为1.00rmin,24k1.76mmmg/
回归的气相压降模型表明:
压降为8气相压降与转速的平方、F因子的平方和液量的负四00Pa时,次方有关.
关键词:
喷射式超重力旋转床;气相压降;模型中图分类号:
053 文献标志码:
TQA
()文章编号:
40000630320130443241---
ressuredrooftheofrotatinetbedesearchonasR gppgj
,WU,,,,uLhbIXiaouaJieLIU Xuen,LIYuinYAO WenGAOShenJIJianin---m- jgg
(,H),Canzhou310032,ChinaUniversitofTechnoloandMaterialsScienceZheianolleeofChemicalEnineerin ygygjgggg
:
AlasbstractTherotatinetbed(RJB)isanewteofHieeunitwithhihiuidmass- ggjypggq
,asressuredroinRJBisanimortantfactorinitsalicationandtransferefficiencthe gpppppy ressuredroofRJBwasresearchedinairasdesin.Theatersstematatmosheric-w ppggyp ressuredroofRJBwasincreasedwiththeasressure.Theexerimentaldatashowedthat ppppg
,Ffincreaseofactorandrotatinseedandwasnotobviouswiththeincreaseofsradensit.- gppyy
0.0.55
·s)/(,fWhenrotatinseedwas800rmin,Factorwas1.24kadensitwasmsr- gpg/yyp
32/·h),T(,asressuredroreachedto800Pahereressionmodelof11.76mashemt gppgg
asressuredrowasrelevanttothesuareofrotatinseedandtheressuredroshowedthat ppqgpgpp
,Ffsuareofactoraswellastheneativeuarticofliuidflowrate.- qgqq:
;Kewordsrotatinetbedasodelressuredro gjgpp;my
[1]
超重力旋转床技术是一种新型强化传递过程的技术,利用离心场代替重力场,通过控制旋转床的
本课题组开发的折流式超重力旋转床采用动静相结合的结构,已经在精馏工业化应用方面取得优
]42-
,良业绩,但由于压降偏大而限制了其应用范围[
转速,使得离心加速度是重力加速度的几百倍甚至上千倍,巨大的剪切力将液体撕裂成细小的液膜、液丝和液滴,气液传质面积大大增加,微观混合和传质过程得到极大强化,单位设备体积的旋转床与传统塔设备相比,生产效率提高了1~2个数量级.
收稿日期:
01012522--
为此开发了一种新型的喷射式超重力旋转床(液滴JB).RJB转子由一系列带孔的同心圈组成,R
经过转子内多次碰撞后,从小孔流向下一层同心圈,气相则按相反的路径和液相在转子内逆流接触,进
;;基金项目:
浙江省重大科技计划项目(浙江省自然科学基金资助项目国家科技创新基金资助项目(C26213300465)002C11032)207
()Y4110364
:
,作者简介:
男,浙江东阳人,李肖华(副教授,硕士,主要从事传质与分离等领域的研究,963—)aillixh63@zut.edu.cn.1E-mj
第4期李肖华,等:
喷射式超重力旋转床的压降研究
·433·
行充分传质.由于对其流体力学性能的研究还不够充分,故以空气-水为物系,对其进行流体力学实验,考察F因子、转速、喷淋密度对R获JB压降的影响,得压降计算的数学模型,为RJB的工业设计和应用提供有力支撑.
2.1 干床气相压降
干床压降指的是液体进入旋转床的流量为零时的影的压降,主要受转速和气相动能因子(F因子)响,超重力旋转床中F因子定义为
2 结果与讨论
1 实验部分
1.1 实验装置
JB主要由喷射式转子和盘管式液体分布器两R部分组成:
转子共有2直径为20个动圈,50~630相邻两个动圈间距1动圈高度6mm,0mm,5mm,孔径2.孔间隙3.板厚0.开孔0mm,0mm,8mm,转子中心装一个盘管式液体分布器,率4在分3%;布器盘管上沿共分布1分布器44个1mm出液孔,与动盘同步旋转.其工作原理是:
气相从气相进口管进入转子外腔,再进入转子,最后从上部的导气管排出;液体由液体进口管进入转子内腔,经过液体分布器分布后,气液逆流接触,最后经外壳收集后从液体出口管流出.
2 实验流程1.
实验流程如图1所示,气相流程为从风机1进入—阀门2—孔板流量计3—RJB进气口4—出气口7排出,液相流程为从高位槽13进入—离心泵2—转子流量计10—液体分布器15—液体出口181排出
.
()1F=G2RHπ
式中:
R为转子内缘半径;H为转子G为气体密度;ρ轴向高度.
图2为不同的F因子和转速对旋转床的干床压降影响.从图2中可以看出:
干床压降随F因子/的增加而增加.当固定转速为8F因子从00rmin,
0.0.0.0.5555
·s)·s)((,增加到1..24k86kmm1g/g/
气体通过转干床压降从810Pa增加到930Pa时,
子产生摩擦阻力和形体阻力,可用范宁公式计算,F因子和转速越大,通过转子的流速越快,阻力越大
,干床压降越大.
图2 干床压降受F因子的影响
FFfressuredrooni.2 Theeffectofdrbedactor- ppgy
androtatinseed gp
从图2中还可以看出:
在相同的F因子下,随着
1—风机;1—阀门;2,13—孔板流量计;4—气体进口;5—动圈;6—垫片;7—气体出口;8—液体进口;9—壳体;
0—转子流量计;2—泵;13—高位槽;4—动盘;111
15—液体分布器;6—转轴;7—机械密封;8—液体出口111
转速的增加,压降也随着增加.这是由于转速增大,气体相对转子的速度增大,从而使得摩擦阻力也增大,气体通过旋转床的压降也大.同时,由于离心力与转速的平方成正比,因此转速越大,气体需要克服的离心压降也越大,两个方面均导致干床压降增大.2 喷淋密度对湿床气相压降影响2.
超重力旋转床中喷淋密度定义为
图1 实验流程图Fi.1 Exerimentflowchart gp
1.3 实验参数和测量仪器
3/液体流量L为0气体流量V为0~5h,00m/转速n为0~1气体进出口h,05m/00rmin,~1.
压差采用U型压差计测量,旋转床的转速由电磁调
3
()L2v=
2RHπ
0.0.55
·s)(,图3是固定F因子为1.考24kmg/察不同的转速和喷淋密度对旋转床的湿床压降影响.由图3可知:
喷淋密度的增加对湿床压降的影响
速电机调节,转速由手持式数字测速仪(型号:
深圳市欣宝瑞仪器有限公司)测量.T2234A,D
·434·
浙江工业大学学报第41卷
5]
原因可很小,这一特点和其它类型的旋转床类似[.
能有以下几个方面:
被同心1)在高速的旋转床中,圈撕裂成液膜的液体占据了一定的气体流通孔道,使得气体的流通面积变小,流速变大,因此压降增)液体进入旋转床后,大;液体被同心圈高度雾化,2大大增加了气液接触面积,气体的湍流程度增大,受到液体的曳力也增大,因此压降增大;3)液体在旋转床中被高速雾化后附在同心圈的小孔中,使得小孔表面更加光滑,气体流经旋转床的阻力减小,导致)液体在旋转床粉碎成液滴后,压降减小;液滴在4转子中自内向外运动过程中,液滴后面形成空穴,使
]67-
得液体向中心运动的阻力减小,因此压降变小[.
图4 湿床气相压降受F因子的影响
Foni.4 Theeffectofwetbedressuredroacto
rFf -gpp
以上几个原因补偿效应相互抵消,所以喷淋密度对湿床压降影响较小
.
图5 湿床压降受转速的影响
Fi.5 Theeffectofwetbedressuredroonrotatinseed gppgp
图3 湿床压降受喷淋密度的影响
Fressuredroonsradensiti.3 Theeffectofwetbed pppyyg
2.3 F因子对湿床气相压降的影响
32/·h)(,考察图4是固定喷淋密度11.76mm不同的F因子和转速n对超重力旋转床的气相压降影响.由图4可知:
与干床压降相似,湿床压降随与同等条件下的图2相比可F因子的增加而增加,
/知,干床压降和湿床压降几乎相等.如转速800r,(F因子1.min24kmg/
,湿床压降为810Pa00Pa.8
0.5
0.5
2.5 气相压降关联
依据上述压降构成的机理分析,假设旋转床的总压降用下式进行关联:
2d
()a+bc3nF2+LΔp=
2
为离心压降,式中:
正比于转速的平方;abnF2为黏
d
为气液相互作用引性压降,正比于气速的平方;cL
起的压降,与液量大小密切相关;a,b,c,d为待定系数.
用Polmath软件对200多组实验数据进行回y归处理,得到气相压降关联方程:
()4+5.F+7.L0×10n3×10 0 Δp=9.
通过模型计算的数据与实际测得的压降相比,
-52
-6
2
-4
·s),干床压降为
2.4 转速对湿床压降影响
32
/·h)(,考图5是固定喷淋密度11.76mm
察不同的转速和F因子对旋转床的湿床压降影响.由图5可知:
当喷淋密度不变时,旋转床的湿床压降随转速的增加而增加,这是因为转速越大,离心压降越大;同时液滴的聚并和分散加快,液体的雾化程度提高,气液逆流接触的湍流程度加剧,气体通过转子的形体阻力和曳力加大,此两个方面均导致压降增大
.
干床压降的最大误差为22.3%,最小误差为
平均误差为5.湿床压降的最大误差.091%,24%.0
最小误差为0.平均误差为为11.69%,228%,说明该模型能较好的反映喷射式旋转床的.85%.4
压降与各参数的影响规律,为喷射式旋转床的工业设计提供参考.表1给出了在一定条件下实验测定值与计算值的比较.
第4期李肖华,等:
喷射式超重力旋转床
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