2007填料结构对错流旋转填料床传质性能的影响

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错流旋转填料床气相压降特性实验研究

精门１１ ’ ・ｈ
降升高趋势明显。主要原因是旋转填料床的干床总
压降主要是由离ｔ７压降与摩擦压降组成，低转速时以摩擦压降为主．随着转速的增大．离心压降所占
的额比例也越来越大．此时。离心压降与摩擦压降共同作州，但前者贡献更大．
降就越大。高转速时压降比低转速时的压降大，是因为转速较高时，旋转填料床产生的离ｔ７力较高，气体需克服离心力做功就较多，导致离心压降较
高。
于７００ｍ３／ｈ时不同液量下的压降曲线基本重合；随
图５转速对湿床压降的影响
速时，引入液体的作用主要表现为摩擦压降的增高，液体消耗的电机能量并不大；高转速、低气量时液体引入所形成的低压区对气体有一定的引流作用，但当气量逐渐增大时。主要表现为摩擦力的增
床压降影响的对比情况。由图可知在较低转速下，湿床压降大于干床压降；在较高转速下，当气量较小时，干床压降大于湿床压降，但随着气量的继续增加，湿床压降大于干床压降。其主要原因是低转
图６液量对湿床压降的影响
降增高，另一方面可以消耗一部分的电机能量。使得离心压降降低，在两者的共同作用下，导致液量

错流型多级雾化旋转填料床传热性能的试验研究

错流型多级雾化旋转填料床传热性能的试验研究陈海辉;曾莹莹【摘要】采用空气冷却热水方式,对错流型旋转填料床进行传热性能试验.试验结果表明,比表面积、体积传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数均与雾化次数有显著关系,二次雾化比一次雾化增加21％,三次雾化比二次雾化增加18％,而与液流量无关.传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数不随雾化次数和液流量变化,基本上保持在0.52 kW·m-2·K-1,0.122 kg(m2·sAH)-1.从而揭示出错流型旋转填料床强化气液传热的机理是由于将液滴雾化,极大地增加了传热面积,而不是提高了传热系数和以湿度为基准的气相体积传质系数.错流型旋转填料床经过三级雾化后,体积传热系数可达98 kW/(m3·K),结构更紧凑.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(033)002【总页数】5页(P182-186)【关键词】错流型;旋转填料床;多级雾化;气液传热【作者】陈海辉;曾莹莹【作者单位】井冈山大学化学化工学院,江西吉安343009;井冈山大学机电学院,江西吉安343009【正文语种】中文【中图分类】TQ051.820世纪80年代英、美等国发明了离心力场气液反应器，体积传质系数可提高一个数量级以上[1] ．近年来我国北京化工大学、华南理工大学、湘潭大学、中北大学[2-5] 等开展了类似研究，并在填料、结构上做了改进[3] ．逆流型旋转床的气体从外环进入内环，与液体逆流接触，需克服流道截面陡然缩小和流道摩擦阻力，还必须克服离心阻力,所以气阻高，对大流量的工业废气处理难度很大，操作能耗代价很高．目前对错流型旋转填料床的研究并不多，我国北京化工大学、华南理工大学、中北大学对这种性能优良旋转填料床开展了先驱性研究，利用错流旋转填料床进行了强化传质应用示范，如烟气脱硫、除尘取得了较好效果[5-6] ．邓先和等采用喷雾区分格计算，建立了错流型多级雾化旋转填料床传热模型[7-8]．李正林等采用用蒸汽-水体系试验得出定-转子反应器的传热系数[9]．徐春艳等用采用热空气-水体系，试验得出逆流型旋转填料床的传热系数[9]．李正林等试验的水流量为0.1～0.5 m3/h，徐春艳等的试验水流量为0.04～0.14 m3/h、热空气范围为3～15 m3/h，基本上处于实验室小试规模，远小于实际应用规模．本文将对错流型旋转填料床进行中等试验规模(热水流量为1～6 m3/h,空气流量为2 000～1 200 m3/h)的气液相传热试验，通过测量计算出气液相传热的相界比表面积、体积传热系数，揭示中等规模错流型旋转填料床强化气液传热的机理，并与小规模的试验结果差异进行分析比较．本文的试验装置如图1所示．该装置是在小型错流型多级雾化旋转填料床的基础上放大研制出来的，采用空气冷却液体，也称凉水塔，与传统凉水塔有不同之处，在于结构简单，体积小，主体部分尺寸为φ580mm×660 mm．转子结构如图2所示，可布3圈填料，即可三级雾化．填料可分别布置在φ80 mm，φ190 mm,φ300 mm处．转子高400 mm．喷水管见图3，共有28×8个φ2 mm喷水孔．当水流量低时，只有底下几排孔喷水，水洒在填料上情况如表1所示．尼龙丝网作填料，结构如图4所示，由两层丝网贴在一起作一层填料，单层丝网网孔尺寸经测量为1.2 mm×1.2 mm．填料和转子的总质量较小，旋转能耗低．轴流风扇抽吸压力为120 Pa．试验装置工作原理(图1)为：热水由进水管9进入喷洒式进水管5，在水压作用下，进水被喷成液滴洒向转子4的最内层丝网上，丝网填料固定在转子4上．转子4高速旋转，丝网填料上液滴在离心力的作用下被雾化成更小液滴向外运动，与竖直向上运动的冷空气接触，进行错流传热．液滴运动到下一层丝网填料后，在丝网上被离心力再次雾化液滴在向外运动过程中，液滴直径不断变大，空气与液滴之间的传热面积减少，因此，需要将液滴多次雾化．空气由进气口10进入，在轴流型风机6的抽吸作用下，由排气口8排出．7水冷却后由排水管11排出．进出水管均安装有精密水银温度计(刻度0.1 ℃)，空气温度由干湿球温度计测量，水流量由转子流量计测量，空气流量由电子热球风速仪测量，测量偏差均不超过1%．转速为零时，无离心雾化作用，气体自然冷却液体的情况如表1所示．错流型传热模型如图5所示，采用分格计算[6-7]．将旋转喷雾区沿径向分成20格，沿轴向分20格，转子速度1 400 r/min，热水总流量QL为1～2 km3/h，冷空气总流量Qg为1～2 km3/h．通过分格计算，可以求出F(i,j)，h(i,j)．其中，F(i,j)为第(i,j)个分格的液滴表面积，即气液相传热面积，m2；h(i,j)为第(i,j)个分格的气膜传热系数，W·m-2·K-1．最终得到错流型旋转床的气液相传热参数：相界比表面积α·m-1;体积传热系数khα，W·m-3.K-1;以湿度为基准的气相体积传质系数KHα，kg(m3·sΔH)-1．其参数为式中：CpL为湿空气的比热容,kJ·kg-1·K-1．式(1)、式(2)、式(4)来源圆柱错流传热分格模型计算[6-7]，经过计算可得出．式(3)、式(5)为基本定义．布置1圈丝网填料在转子φ80 mm处，周围气温21 ℃，温球气温190 ℃，液相就经过一级雾化，试验结果如表2所示．布置2圈丝网填料，分别在转子φ80 mm，φ190 mm处，液相经过二级雾化，周围气温12.5 ℃，温球气温10 ℃，试验结果如表3所示．布置3圈丝网填料，分别在转子φ80 mm ，φ190 mm，φ300 mm处，液相经过三级雾化，周围气温18.5 ℃，温球气温15.5 ℃，气液传热试验结果如表4所示．从试验结果看，比表面积、体积传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数、传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数不随液流量变化．如图6所示，比表面积、体积传热系数、与雾化次数有显著关系，二次雾化比一次雾化增加21%，三次雾化比二次雾化增加了18%，雾化级数越多，传热效果越好．从试验结果表2～4可知：传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数不随雾化次数变化，基本保持在0.52 kW·m-2·K-1和0.122 kg(m2·sΔH)-1．文献[9]采用蒸汽-水体系,在转子转速为400～1 400 r/min、水流量为0.1～0.5 m3/h、蒸汽充足的试验条件下,定-转子(错流型)反应器的传热系数100～200 W·m-2·K-1．文献[10]表明在转速为200～1 400 r/min、水流量为0.04～0.14 m3/h、热空气范围为3～15m3/h的试验条件下，总传热系数在30～250 W·m-2·K-1之间．文献[9-10]试验都是小范围，其传热系数随着转速的升高而增大，随着水流量的增加而增大，但增幅减小．在本文试验范围内，液流量比文献[9-10]的大50倍，气流量大100倍，接近试用范围，试验结果表明转速都在1 400 r/min 时，其传热系数比文献[9-10]的高1倍，且不再随液流量而变化，与小试结果有差异．错流型旋转填料床三级雾化体积传热系数为98 (kW/m3·K),且体积小，结构简单．错流型旋转填料床的比表面积、体积传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数不随液流量变化，随雾化次数增加而显著增加．雾化级数多，传热效果越好．传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数不随雾化次数、液流量变化，基本保持在0.52 kW·m-2·K-1和0.122 kg(m2·sΔH)-1．错流型旋转填料床强化气液相传热的机理是由于将液滴雾化，极大增加传热面积，而不是提高了传热系数和以湿度为基准的气相体积传质系数．E-mail：********************【相关文献】[1] MUNJAL S， DUDUKOVIC M P. Mass-transfer in rotating bed[J].Chem Eng Sci,1989,44(10):2245-2256.[2] GUO FENG, ZHENG CHONG, GUO KAI, et al. Hydrodynamic and mass-transfer in cross-flow rotating bed[J].Chem Eng Sci，1997,52(21/22):3853-3859.[3] 陈海辉.旋转填料床流体力学及传质传热特性研究[D].广州：华南理工大学,1999.[4] 陈昭琼,熊双喜,伍极光.螺旋型旋转吸收器[J].化工学报，1995,46(3):388-392.[5] 祁贵生,刘有智,潘红霞,等.错流旋转填料床中湿式氧化法脱除气体中硫化氢[J].石油学报：石油加工，2012,28(2):195-199.[6] 潘朝群,邓先和.多级雾化超重力旋转填料床的特性及应用[J].硫酸工业,2007(6):31-38.[7] 邓先和,张建军，陈海辉.旋转离心喷雾气液错流传热计算[J].高等学校化学工程学报，1999，13(1)：5-9.[8] 潘朝群,邓先和,张亚君.多级雾化超重力旋转床中气液间的传热[J].化工学报,2005,56(3):431-434.[9] 李正林,宋云华,初广文,等.定-转子反应器传热特性[J]．化工学报，2009,60(3):560-566．[10] 李艳,刘有智,于娜娜,等.超重机中的气液直接传热性能[J].化工进展,2011,30(4):729-733.。

旋转填料床中2种填料压降和传质特性的对比

摘要：分别以空气一水和磷酸钠溶液吸收模拟烟气中ｓ０为实验体系，对装填有０环和波纹丝网填料的逆流旋转填
料床压降和传质特性进行了对比研究，结果表明：在实验操作范围内，逆流旋转填料床的湿床压降随气量、超重力
因子的增大而增大，受液量的影响很小；２种填料的湿床压降相差不大，且均低于７５０Ｐａ。２种填料的Ｋｏ均随喷淋密度、空床气速和超重力因子的增加而增大，当Ｕ＝６ｍ／（ｍ２－ｈ），＝０．７３ｍ／ｓ，卢＝８５及更高的操作范围时，０环填料的ａ比波纹丝填料高２５％以上，说明０环填料的传质性能明显优于波纹丝填料；最后得到装填０环和波纹丝填料的旋转床湿床压降和体积传质系数的经验关联式。文中的研究结果对旋转填料床的设计和选型有重要
袁志国，宋卫，金国良，康小锋，刘有智
，山西太原０３００５１；
７３０９００）
（１．中北大学超重力化工山西省重点实验室山西省超重力化工工程技术研究
２．甘肃银光化学工业集团有限公司，甘肃白银
ＹＵＡＮＺｈｉ－ｇｕｏ，ＳＯＮＧＷｅｉ，ＪＩＮＧｕｏ — ｌｉａｎｇ，ＫＡＮＧＸｉａｏ－ｆｅｎｇ，ＬＩＵＹｏｕ－ｚｈｉ
（１．ＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｅｅ — ＯｉｒｅｎｔｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆ

超重力在精馏中的应用

传统精馏的取代者——超重力精馏闪俊杰刘润静杜振雷马建兵崔文豪摘要：对超重力技术在化工中应用的现状,尤其是在精馏领域的应用作了较全面的总结。

介绍了超重力技术的基本原理和特点及超重力精馏的基本流程图,并对其在精馏领域的优越性进行了较为详细的叙述。

Abstract:A comprehensive review on the recent advances of HIGEE applied in chemical industry and especially in distillation is given in this paper. The basal principium and characteristic of HIGEE are presented.And the basic flowsheet of distillation in the high-gravity condition is also given.At the same time ,the superiority of HIGEE in the field of distillation is described in detail. 关键词：超重力精馏相间传质分离在化学工业中，高达百分之八十的投资用于化工产品的净化和提纯，而精馏无疑是其中最重要的操作单元之一，精馏技术的发展直接关系到产品的质量、生产的效率及能耗的高低。

因此，现有精馏技术的提高将会大大促进化学工业发展并显著提高其经济效益，超重力精馏就是一种较前沿的分离技术。

目前超重力技术已经凭借其独特的优点成功应用于化学工业的多个领域，如包括超细粉体制备、油田注水脱氧、脱硫、除尘、精馏以及吸收等。

本文将重点介绍超重力技术在精馏方面的应用。

1.超重力技术的基本原理超重力是在比地球重力大的多的环境下物质所受到的力。

在超重力的环境下，不同大小分子间的分子扩散与相间传递过程均比常规重力场下的要快得多，气－液、液－液及液－固两相在比地球重力场大数百倍至数千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使得相间传质速率比传统的塔器中的提高1～3个数量级，极大强化了微观混合和传质过程，从而有效的促进了许多化学反应过程[1]。

填料对热交换器传热性能的影响

填料对热交换器传热性能的影响一、热交换器的工作原理热交换器是一种广泛应用于工业和民用领域的热传递设备，它的主要作用是将两种不同介质的热量进行传递和交换，常见的应用场景包括空调、冷却系统、加热器等。

热交换器的内部结构一般由管束、壳体、进出口、流量计、传热面积等组成，它的工作原理基于传热学的基本概念——热量从高温区往低温区传递的规律，其中填料作为热交换器的重要组成部分，对其传热性能有着重要的影响。

二、填料对传热性能的影响填料在热交换器中主要起到增加传热面积和强化传质过程的作用，在传热器中，一方面，填料的存在可以增加热交换器的传热面积，从而提高热交换器的传热效率；另一方面，填料的不断运动和强烈湍流会加速分子之间的传质过程，从而降低传热过程中由于热阻而导致的传热效率降低的问题。

具体来说，填料的种类、大小、密度和形状等因素都会对热交换器的传热性能产生影响。

一般来说，填料的种类越多样化，其热传递性能越好。

例如，金属网、圆珠在热交换器中的传热性能都较好，而异型材的填料则由于其复杂的几何形状和高度不规则的表面，使其传热性能较差。

同时，填料的大小和密度也与传热能力密切相关，一般而言，填料粒度越小、密度越大则传热能力越强。

此外，其形状的影响也不容忽视，不同的填料形状对于传热性能也有着不同的影响。

例如，球形填料由于其表面积较大且球体之间互相之间可以滚动、碰撞，从而可以较好地实现流体混合，提高传热效率；而板状填料则由于其表面积较小，传热和传质效果相对较差，但可以减少压降以及改善物料流动性。

因此，在选用填料时需要结合实际情况进行综合考虑。

三、填料的选择方法选用合适的填料是实现高效热交换的关键，正确选择填料可以显著的提高热交换器的传热性能。

因此，在设计热交换器时，需要根据传热性能的要求、工作环境的特性、处理的现场情况等多方面因素，制定合适的填料选择标准，以下是几点选取填料的方法：1、根据物料性质选择，不同的物料对填料的要求不同。

超重力旋转床转子结构与性能研究进展

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第10期·3558·化工进展超重力旋转床转子结构与性能研究进展陆佳冬，王广全，耿康生，计建炳（浙江工业大学化学工程学院，浙江省生物燃料利用技术研究重点实验室，浙江杭州 310014）摘要：超重力旋转床自问世以来受到了广泛的关注，并已应用于化学工业之中。

目前，超重力旋转床转子结构的改进主要是根据其流体力学以及传质性能的要求不断地进行优化。

本文根据超重力旋转床转子结构的不同，将其分为填料式、板式和复合式3种类型，并据此介绍了不同类型超重力旋转床的转子结构特点和研究现状，并对其流体力学和传质性能进行了总结、对比和分析，指出了不同类型超重力旋转床转子的优点和可能存在的问题，对化工生产过程中超重力旋转床的选型以及转子结构的研究具有指导作用。

最后提出了超重力旋转床在应用方面研究的不足，并对其未来可能的发展方向进行展望，指出超重力旋转床转子结构的改进可以从填料和液体分布等方面进行研究，应用范围可以从装备集成方面进行拓展。

关键词：超重力旋转床；转子结构；填料床；流体力学；传质中图分类号：TQ051.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2017）10-3558-11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0334Research progress on rotor structure and performance of higeerotating bedLU Jiadong ，WANG Guangquan ，GENG Kangsheng ，JI Jianbing（Zhejiang Province Key Laboratory of Biofuel ，College of Chemical Engineering ，Zhejiang University of Technology ，Hangzhou 310014，Zhejiang ，China ）Abstract ：The higee rotating bed has drawn a wide attention since it was introduced. It has been applied in the chemical industries. Now ，the structural improvement of higee rotating bed is optimized according to the requirements on the hydrodynamic and mass transfer performance. In this paper ，based on different rotor structures ，the higee rotating bed was classified into three types ：packed rotating bed ，plate rotating bed and compound rotating bed. The rotor structure features and recent researches of different types of higee rotating beds were introduced and their hydrodynamic and mass transfer performance was analyzed and summarized ，the advantages and potential problems were pointed out. The results can be used as guidance for the selection of the rotating bed and the study of rotor structure in chemical production processes. Finally ，the insufficiencies of application research and the possible developmental direction of higee rotating bed were indicated. The improvement of the rotor structure of higee rotating bed can be achieved from the aspects of the packing and the liquid distribution ，and the application expansion from the aspect of the equipment integration was also suggested.Key words ：higee rotating bed ；rotor structure ；packed bed ；hydrodynamics ；mass transfer过程强化技术是指在完成生产目标的前提下，大幅减小设备体积以及数量，从而提高生产效率，减少污染，降低成本的一种技术。

填料对厌氧移动床生物膜反应器运行效果的影响

面积是影响厌氧移动床生物膜反应器运行效果的主要因素。Ｒ１中填料的比表面积为５８ｉ／Ｒ２ｍ，２中填料比表面积为ｎ
２１ｍ／ｌｍ。在整个运行阶段，填料比表面较大的Ｒ１反应器的运行结果较好。试验结束时，１与ＲＲ２的有机负荷比为
２ＳａｇａＪｓａｎｉｎｎａＥｇｎｅｉｇＣｍａｙＳａｇａ２０４）．ｈｎｈｉｉｈｎＥｖｏｍｅｔｌｎｉｅｒｏｐｎ，ｈｎｈｉ０５０ｎｒｎ
ＡｂｔａｔＯｒａｉｏｄｎａｅ，ｓｒｃｇｎｃｌａｉｇｒｔＣＯＤｅｖｌｒｔｒｍｏａａｅ，ｂｉｇｓｐｏｕｔｏｎｔｏｏｉｉｎ，ｆｕｅｔｖｌｔｌｏａｒｄｃｉｎａｄｉｓｃｍｐｓｔｏｅｆｎｏａｉｌｅ
通过对装有不同填料的２个厌氧移动床生物膜反应器（１和Ｒ）Ｒ２的有机负荷、ＯＣＤ去除率、气产量及其组沼
成、出水挥发性有机酸（Ｆ）出水ｐＶＡ和Ｈ值的对比，出在填料充填率相同、得进水ＣＤ和进水ｐＯＨ相似的情况下，填料比表
１６，Ｒ．１而１与Ｒ２填料上的污泥量之比为４４。．２
关键词厌氧消化移动床生物膜反应器填料葡萄蒸馏酒废水运行效果
中图分类号Ｘ０．７３１文献标识码Ａ文章编号１０－２１２０）５０７－４０８９４（０６０－０００
ｆｒｎｔｔｐｓｏｕｏｔｒｏｐｒｄｉｈｓｓｕｙＩｓｃｎｃｕｅｈｔｔｅｐｃｆｃｓｒａｅａｅｆｓｐｐｒｓｉｅｅｙｅｆｓｐｐｒｓｗｅｅｃｍａｅｎｔｉｔｄ．ｔｉｏｌｄｄｔａｈｓｅｉｕｃｒａｏｕｏｓｉｆｔｔｅｋｙｆｃｏｏａｆｃｈｅｏｍａｃｓｏｈｅｃｏｓｉｈｅｃｎｔｏｓｔｔｔｅｆｌｅａｉｓｏｕｐｏｓａｅｔｅｈｅａｔｒｔｆｅｔｔｅｐｒｒｎｅｆｔｅｒａｔｒｎｔｏｄｉｎｈａｈｌｄｒｔｏｆｓｐｒｒｈｆｉｉｔｓｍｅａｄｉｆｕｎａｎｎｅｔＣＯＤａｄｉｌｎｌｎｎｆｕｅｔｐＨｒｉｉｒｉｏｈｒａｔｒ．ｈｅｓｃｆｕａｅａｅｆｓｐｐｒｓｉ１ＳａｅｓｍｌｎｂｔｅｃｏｓＴｐｅｉｃｓｒｃｒａｏｕｏｎＲｉａｉｆｔ５８ｍｍ，ｎｈｔｏｕｐｏｓｉｓ２１／ｍ．ｎｔｅｗｈｏｅｏｅａｉｎｐｒｏＲ１ｗｉｈｂｉｇｒｓｅｉｃｓｒ２／ａｄｔａｆｓｐｒｎＲ２ｉ１ｍｔＩｈｌｐｒｔｏｅｉｄ，ｔｇｅｐｃｆｕ－ｉｆｃｒａｏｕｏｓｈｄｂｅｔｒｐｅｏｍａｃ．ｈｅｅｆｔｅｅｐｒｍｅｔ，ｔｒａｉｏｄｉａｅｒｔｏｆＲ１ａｅａｅｆｓｐｐｒａｔｅｒｒｎｅＡｔｔｎｄｏｈｘｅｉｎｓｈｅｏｇｎｃｌａｎｇｒｔａｉｓｏｔｆｔｈａｆＲ２ｉ．ｏｔｔｏＳ１６１．ｎｈａｉｆｂｏａｓａｔｃｅｎｓｐｏｓｏｔｈａｆＲ２ｉ４２．ａｄｔｅｒｔｏｏｉｍｓｔｈｄｏｕｐｒｆＲ１ｏｔｔｏＳ４．ａｔ

错流旋转填料床气相压降的研究

周向动能转化静压能；（出口管时的局部阻力损失。４）２１进出口管阻力．
气体流经进、出口管的阻力包括进、出口管路阻力损失和局部阻力损失，为了简化计算，同时气
关键词：旋转填料床；错流ｉ压降；因次分析中图分类号：Ｔ０１１Ｑ２．文献标识码：Ａ
旋转填料床（ｏａｉｇＰｃｅｅ，ＲＰ）是上世纪８ＲｔｔａｋｄＢｄｎＢＯ年代发展起来的一种新型传质和反应设备，具有处理量高、占用空间小、传质效率高、能耗低、投资少、适用面广等优点。对旋转填料床的基础理论研究主要包括两个部分：流体力学性能和传质性能。其中流体力学性能主要针对气体通过设备的气相压降进行研究。根据气液在旋转填料床内的流动方向可分为逆流旋转填料床、错流旋转填料床、并流旋转填料床和折流旋转填料床。国内外对逆流旋转填料床进行研究的文献较多］，但对错
鹏
００５）３０１
摘要：利用空气一水系统对错流旋转填料床的气相压降进行了实验研究。采用因次分析的方法推导出错流旋转填料床气相压降的无因次关联式。结果表明，错流旋转填料床欧拉准数在旋转填料床转速与气速之比
（流比）小于３旋０时，欧拉准数随旋流比的增大反而减小；当旋流比大于３０时，欧拉准数随旋流比的增大而增大。旋流比小于３０时欧拉准数与填料层轴向厚度的０９次方成正比，旋流比大于３．０时欧拉准数与填料层轴向厚度的０５次方成正比。湿床旋流比小于３．０时，欧拉准数随进液量的增大而上升；旋流比大于３０时，欧拉准数随进液量的增大而下降。

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第28卷第5期2007年10月　青岛科技大学学报(自然科学版)Journal of Qingdao University of Science and Technology (Natural Science Edition )Vol.28No.5Oct.2007 文章编号:167226987(2007)0520406204填料结构对错流旋转填料床传质性能的影响康荣灿,刘有智3,焦纬洲,李　鹏,刘振河,刁金祥(中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心,山西太原030051)摘　要:研究了不锈钢金属丝网填料结构对错流旋转填料床内传质的影响。

在错流旋转填料床内,利用CO 22NaO H 体系研究了不同填料层高度和不同丝网填料的传质特性。

结果表明,体积传质系数K L a 随超重力因子、气量、液量的增加而增大。

同时建立了体积传质系数模型,模型计算结果与实验结果拟合较好。

关键词:错流;旋转填料床;传质;填料中图分类号:TQ 021.4 文献标识码:AE ffect of Different Packing Structure on MassT ransfer in a Cross 2flow Rotating Packed BedKANG R ong 2can ,L IU You 2zhi ,JIAO Wei 2zhou ,L I Peng ,L IU Zhen 2he ,DIAO Jin 2xiang(Research Center of Shanxi Province for High Gravity Chemical Engineering and Technology ,Nort h University of China ,Taiyuan 030051,China )Abstract :This paper investigated t he effect of packing st ruct ure on mass t ransfer of a cross 2flow Rotating Packed Bed.For a carbon dioxide and sodium hydroxide system (CO 22NaO H ),t he characteristics of mass 2t ransfer in different packing st ruct ure for a Rotating Packed Bed have been st udied.Result s showed t hat t he volume mass 2t ransfer coefficient ,K L a ,increased wit h t he increase in t he high gravity ratio ,gas flow rate ,and liquid flow rate.The volume mass 2t ransfer coefficient of packing I is abo ut 60%,40%,30%higher t han t hat of packing Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ.The characteristics of mass 2t ransfer of packing Ⅰis better t han ot her packings.Furt hermore ,t he model of mass transfer co 2efficient s was p roposed.The calculated result s for mass t ransfer coefficient s agree well wit h t hose of experiment.K ey w ords :cross 2flow ;rotating packed bed ;mass 2t ransfer ;packing收稿日期:2006210230基金项目:山西省自然科学基金资助项目(20051015).作者简介:康荣灿(1979～),男,硕士研究生.　3通讯联系人. 超重力旋转填料床(又称超重机)是20世纪80年代发展起来的一种新型的强化反应过程的气液传质设备[1],由于其具有体积小、传质系数大、泛点高、停留时间短、微观混合均匀等优点,是一项有着突破性发展的技术,因此被誉为化学工业中的“晶体管”。

随着超重力技术的日趋发展,人们正在逐渐掌握其作用机理,并在化工、材料、环保[2～5]等方面取得了较好的应用。

填料作为旋转填料床的重要组成部分,填料结构的优化是进一步提高传质效率的主要研究内容。

所以研究填料结构有非常重要的意义。

从公开的文献[9211]报道来看,所用填料主要有金属丝网、泡膜金属、玻　第5期康荣灿等:填料结构对错流旋转填料床传质性能的影响璃珠及碟片填料,其中金属丝网填料具有比表面积大,空隙率高,气相阻力小和体积传质系数高等优点,因此应用最为广泛。

但关于丝网填料结构在错流旋转填料床的传质性能研究则报道甚少。

本工作研究了4种不同的不锈钢金属丝网填料结构对错流旋转填料床传质性能的影响。

1　实验部分以CO 22NaO H 为实验介质,研究了超重力因子β、气量G 、液量L 等对4种不同的填料结构的错流旋转填料床传质性能的影响。

1.1　设备错流旋转填料床结构示意见图1。

旋转填料床机壳内径D =302mm ;转子内径d 1=80mm ;转子外径d 2=300mm ;轴向填料层总高度H =80mm。

1.多孔波纹板填料;2.液体进口;3.气体进口;4.气体出口;5.转轴;6.液体分布器;7.液体出口;8.外壳图1　旋转填料床结构示意图Fig.1　Schematic diagram of t he rotating packed bed1.2　参数气体流量G :40～100m 3・h -1;液体流量L :50～200L ・h -1;超重力因子β:70～300。

1.3　流程实验流程见图2。

来自罗茨风机的空气与来自钢瓶的CO 2混合后由进气口进入旋转填料床,CO 2气体通过转子流量计计量。

为控制气流流量,在风机的送气口有一个控制阀,以此来调节风机的进风量。

在垂直的通风管道内,装有一皮托管,用斜管压力计测量压差,调节控制阀,以此来控制进入旋转床的风量。

试验所用CO 2气体来自CO 2钢瓶,钢瓶中的液体CO 2汽化时需要吸收大量的热,若仅依靠钢瓶吸收附近空气中的热量使CO 2汽化,将会导致流量逐渐减小,甚至断流(因为钢瓶吸收附近空气的热量远不能满足CO 2汽化的需要,导致减压阀附近的温度下降甚至结冰,造成管路堵塞)。

变化的CO 2流量对试验控制的准确性会带来很大的偏差,甚至无法计算和比较试验结果。

为使输出的CO 2气流强度保持恒定,在减压阀附近增设了恒温加热装置。

混合气体通过旋转填料床的进气口,从填料层底部进入旋转填料层,在填料层内,气体和液体错流接触,并进行传质。

最后气体从旋转床上部的气体出口排出。

液体的进入则是由碱液泵将配制好的NaO H 溶液从储液槽泵出,经液体转子流量计计量后,通过转子中心的液体分布器均匀喷洒在填料层内侧,在离心力作用下沿填料层径向向外侧运动,在填料间形成液膜、液丝甚至是液滴。

吸收CO 2后的溶液由旋转填料床底部的液体出口排出。

1.旋转填料床;2.电机;3.变频器;4.风机;5.气体转子流量计;6.二氧化碳钢瓶(带减压阀);7.气体转子流量计;8.气体进口;9.气体出口;10.气体取样口;11.液体进口;12.液体转子流量计;13.泵;14.碱液储槽;15.液体出口图2　实验流程图Fig.2　Experimental flow diagram1.4　填料的特性参数不锈钢金属丝网填料的特性参数见表1。

2　结果与讨论2.1　超重力因子对体积传质系数的影响图3是在气体流量G 为60m 3・h -1和液体流量L 为100L ・h -1的条件下超重力因子β对体积传质系数的影响。

704青岛科技大学学报(自然科学版)第28卷表1　填料的特性参数Table 1　Properties of different packings填料种类当量直径d i /mm空隙率ε/%装填密度ρ1i /(kg ・m -3)材质密度ρ2i /(kg ・m -3)填料层高度H /mm填料特点填料填料Ⅰ0.30595382.5765080波纹丝状填料整装填料Ⅱ0.30595382.5765040波纹丝状填料整装填料Ⅲ0.29197231.8772580片状丝网填料叠装填料Ⅳ0.27690790.0790080网状平直丝网填料缠绕图3　超重力因子对体积传质系数的影响Fig.3　Comparison of volumetric mass transfercoefficient for t he four packing. 超重力因子β为无因次因子,是平均超重力加速度与重力加速之比,表达式为β=ω2rg超重力因子的提出代替了旋转填料床的转速。

由图3可知,在相同的气液流量条件下,旋转填料床的体积传质系数随着超重力因子的增加而增大,但趋势逐渐变缓。

分析其原因,一方面,增加超重力因子,导致填料线速度增加,增大的剪切力克服了流体的表面张力,使流体展示出更大的相际接触面,其结果是填料与液体的碰撞频率加大,会使填料内液膜和液滴所受离心力增大,从而导致液膜表面流速以及脱离丝网填料的液滴运动速度加快,表面大量更新,强化了传质;另一方面,增加超重力因子使液体停留时间迅速减少,气液接触时间迅速变短,不利于传质。

因此使得传质影响不显著。

在图3中,对比4种不同的丝网填料在相同的操作条件下体积传质系数值由大到小的顺序为:填料Ⅰ、填料Ⅳ、填料Ⅲ、填料Ⅱ。

填料Ⅰ的体积传质系数明显大于其它填料。

填料Ⅰ与填料Ⅱ的结构相同,但高度是填料Ⅱ的2倍,其体积传质系数值比填料Ⅱ的大60%。

可见填料Ⅰ的填料层高度较为合理。

在填料层的高度相同的条件下,填料Ⅰ的传质性能优于填料Ⅲ和Ⅳ。

从表1中4种填料结构特性的比较也可以看出,在填料的装填密度(填料Ⅳ)太大会导致传质阻力增大或太小(填料Ⅲ)导致填料的传质比表面积减小,都不能得到理想的传质效果。

所以填料Ⅰ的填装密度趋于合理。

2.2　液量对体积传质系数的影响在相同的超重力因子和气流量的条件下,液流量L 对体积传质系数的影响见图4。

图4　液流量对体积传质系数的影响Fig.4　Comparison of volumetric mass transfercoefficient for t he four packing.由图4可见,体积传质系数随着液流量增加而增大。

液流量的增加引起在相同操作条件下的液膜流速、液膜表面更新速度和填料的润湿程度增大,从而填料间的液滴以及外腔内的液滴增多,使传质膜系数与有效比表面积增大,促使体积传质系数增大。