喷射式超重力旋转床的压降研究_李肖华

1、第卷第期年月浙江工业大学学报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因子和转速的增大而增大，）（，（，喷淋密度为响不明显当转速为因子为，回归的气相压降模型表明：压降为气相压降与转速的平方、因子的平方和液量的负四时，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：文献标志码：（）文

2、章编号：，（，），：（），）（，），（，：；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，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，生产效率提高了个数量级收稿日期：为此开发了一种新型的喷射式超重力旋转床（液滴）转子由一系列带孔的同心圈组成，经过转子内多次碰撞后，从小孔流向下一层同心圈，

3、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（）（）：，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，）第期李肖华，等：喷射式超重力旋转床的压降研究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，考察因子、转速、喷淋密度对获压降的影响，得压降计算的数学模型，为的工业设计和应用提供有力支撑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（因子）响，超重力旋转床中因子定义为结果与讨论实验部分实验装置主

4、要由喷射式转子和盘管式液体分布器两部分组成：转子共有直径为个动圈，相邻两个动圈间距动圈高度，孔径孔间隙板厚开孔，转子中心装一个盘管式液体分布器，率在分；布器盘管上沿共分布分布器个 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实验流程实验流程如图所示，气相流程为从风机进入阀门孔板流量计进气口出气口排出，液相流程为从高位槽进入离心泵转子流量计液体分布器液体出口排出（）式中：为转子内缘半径；为转子为气体密度；轴向高度图为不同的因子和转速对旋转床的

5、干床压降影响从图中可以看出：干床压降随因子的增加而增加当固定转速为因子从，）（，增加到气体通过转干床压降从增加到时，子产生摩擦阻力和形体阻力，可用范宁公式计算，因子和转速越大，通过转子的流速越快，阻力越大，干床压降越大图干床压降受因子的影响从图中还可以看出：在相同的因子下，随着风机；阀门；，孔板流量计；气体进口；动圈；垫片；气体出口；液体进口；壳体；转子流量计；泵；高位槽；动盘；液体分布器；转轴；机械密封；液体出口转速的增加，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

6、心压降也越大，两个方面均导致干床压降增大喷淋密度对湿床气相压降影响超重力旋转床中喷淋密度定义为图实验流程图实验参数和测量仪器液体流量为气体流量为，转速为气体进出口，压差采用型压差计测量，旋转床的转速由电磁调（）（，图是固定因子为考察不同的转速和喷淋密度对旋转床的湿床压降影响由图可知：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，浙江工业大学学报第卷原因可很小，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）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

7、，大；液体被同心圈高度雾化，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；）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；液滴在转子中自内向外运动过程中，液滴后面形成空穴，使得液体向中心运动的阻力减小，因此压降变小图湿床气相压降受因子的影响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湿床压降受转速的影响图湿床压降受喷淋密度的影响因子对湿床气相压降的影响）（，考察图是固定喷淋密度不同的因子和转速对超重力旋转床的气相压降影响由图可知：与干床压降相似，湿床压降

8、随与同等条件下的图相比可因子的增加而增加，知，干床压降和湿床压降几乎相等如转速，（因子，湿床压降为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：（）为离心压降，式中：正比于转速的平方；为黏为气液相互作用引性压降，正比于气速的平方；起的压降，与液量大小密切相关；，为待定系数用软件对多组实验数据进行回归处理，得到气相压降关联方程：（）通过模型计算的数据与实际测得的压降相比，），干床压降为转速对湿床压降影响）（，考图是固定喷淋密度察不同的转速和因子对旋转床的湿床压降影响由图可知：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

9、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，最小误差为平均误差为湿床压降的最大误差，最小误差为平均误差为为，说明该模型能较好的反映喷射式旋转床的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给出了在一定条件下实验测定值与计算值的比较第期李肖华，等：喷射式超重力旋转床的压降研究表实验测定值与计算值的比较）因子）喷淋密度）（转速实验值计算值相对误差，：结论实验范围内，对喷射式旋转床气相压降影响最大的是因子，转速次之，喷淋密度最小几乎没影响文献的折流式旋转床转子轴向高度为，外径为内径为含

10、个动折流圈，操作条件为气体流量，个静折流圈，液体流量转速在，（）：，俞云良，计建炳折流式超重力旋转床及其在精馏中的徐之超，（）：应用石油化工，多层折流式超重力旋转床装置：中国，浙江工业大学刘有智，石国亮，等错流旋转填料旋转床气相压降特赵海红，（）：性研究化工科技，郭锴，陈建铭，等旋转填充床气相压降的研究北李振虎，（）：京化工大学学报，：徐之超，俞云良，等折流式旋转床的流体力学与传质王广全，（）：增性能研究现代化工，同等条件下，的干床压降是的，的湿床压降是结果表明喷射式旋转床的，与折流式旋转床相比具有压降低的显著优点参考文献：（责任编辑：陈石平）檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼（上接第页）郑书香，何军邀，等离子液体介质中羟基甲谢松霖，（）基孕甾浙江工业二烯，二酮微生物脱氢研究（）：大学学报，崔丙健离子液体中固定化光合细菌催化不对称还原王梦亮，（）：反应的研究分子催化，高静，周丽亚，等离子液体中扁桃酸乙酯的酶促不对称王垚，（）：水解分子催化，娄文勇，宗敏华含离子液体介质中脂肪酶高效催化对羟吴虹