塑料花环填料流体力学性能研究
2014-03-01
(吉林化工学院化工与生物技术学院，吉林吉林132022)
填料塔是一种重要的气液传质设备.它不仅结构简单，而且有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等优点.近年来，国内外对填料的研究与开发进展很快.由于性能优良的填料不断涌现以及填料塔在节能方面的突出优势，填料塔使用越来越广泛.填料是填料塔的核心，填料塔操作性能的好坏，与所选用的填料有直接关系.塑料花环又称泰勒花环，具有压降小，通量大，有较高的持液量，液体在塔内停留时间长，填料的传质效率较高，已被国内多家厂家使用，效果较好，为使塑料花环填料得以推广应用，采用空气-水系统对塑料花环的流体力学性能进行了研究［1-2］.
1 实 验
1.1 塑料花环填料的结构特点
塑料花环是由许多圆环绕结而成的形如椭球的填料，并在中间增设一条加强筋，并使之呈“A”形状，这样大大提高了花环的抗压强度，见表1.
表1 塑料花环填料的特性参数
1.2 流体力学性能测试
实验采用空气-水系统，在常温常压下进行，用来测定塑料花环填料的实验流程、装置、仪表等文献［1］已有报道.塔内径Φ=160 mm，填料装填高度为0.8 m.实验数据采用计算机在线现场采集.
流体力学性能实验测试范围为液体喷淋密度0 m3/(m2·h)～21.58 m3/(m2·h)，气体质量流量850～2210 kg/(m2·h).
2 实验结果
2.1 流体力学性能
2.1.1 气体通过填料干塔压降与气体动能因子关系
气体通过干填料层每米压降与空塔气速的关系为一条直线，通常可用的关联式为［3］:
式中:ρG为气体密度，kg/m3;A，B为关联式常数.
对实验测得的数据采用最小二乘法进行回归，获得干塔压降与气体动能因子的关联式为:
Δp/Z=0.5398F1.7018
式中:F为气体动能因子，在F=0.55～1.56的范围内，上述关联式的平均相对误差为2.6%.
2.1.2 湿塔压降与液体喷淋密度及动能因子的关系
在一定的喷淋密度下，气体通过每米填料层压降ΔP/Z与动能因子F的关系如图1所示.
图1 填料层压降与动能因子F的关系
实验测试喷淋密度分别为 0、15.16、17.83、19.11、21.58m3/(m2·h)时的填料层的压降值，实验得到的空塔气体动能因子F与填料层压降的关系绘于图1，从压降图可以看出，随喷淋密度的加大，液泛点的动能因子变小，图中的转折点是泛点，载点不明显，从图中压降的变化获得的泛点气速与动能因子，见表2.
表2 不同喷淋密度下塑料花环泛点气速值
填料层压降与空塔气速的关系［2］，通常可用的关联式为
采用最小二乘法对实验数据进行关联，关联结果列于表3.
表3 压降关联式常数
采用最小二乘法对表3数据进行回归，得出
采用关联式与实测数据进行对比，进行误差分析，在泛点以下时的平均相对误差为3%.
2.1.3 填料的泛点特性
泛点的确定采用图解法，即根据不同液体喷淋密度下Δp/Z～F关系曲线上的转折点确定泛点.将泛点气速随液体喷淋密度的关系绘成曲线，如图 2 所示［4-5］.
图2 泛点气速与液体喷淋密度的关系
从泛点气速与液体喷淋密度的关系可以看出，随喷淋密度的增大，泛点气速下降.
3 结 论
(1)通过实验获得了塑料花环填料的流体力学性能参数，并考察了这些参数随操作条件的变化规律.实验结果可为该填料的工业生产及设计提供有价值的参考.
(2)塑料花环填料具有良好的流体力学性能，其压降较低，液体通量很大，具有较高的抗压强度，耐腐蚀，适用于气体洗涤和净化塔中［6］.
［1］ 刘放，王卫东，计海峰，等.塑料花环填料液相总传质模型的估测［J］.吉林化工学院学报，2013，30(1):5-7.
［2］ 袁孝竟，余国琮.填料塔技术的现状与展望［J］.化学工程，1995，23(3):5-13.
［3］ 栾国颜，叶永恒.金属斜孔板波纹填料流体力学与传质性能研究［J］.化工机械，2005，32(4):191-194.
［4］ 吴松海，贾绍义，孙永利，等.DN50塑料异型矩鞍填料的流体力学及传质性能［J］.天津大学学报，2006，39(10):1184-1188.
［5］ 贾绍义，胡晖，李杰，等.塑料扁环填料流体力学及传质性能研究［J］.化学工业与工程，2000，17(4):198-203.
［6］ 李勇华.金属矩鞍环填料的流体力学与传质性能研究［J］.杭州化工，2008，38(3):14-17.
