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超重力旋转床作为一种新型高效气液传质设备,由于其传质效率高、体积小、持液量少、停留时间短、微观混合均匀等优点,被广泛应用于吸收、精馏、萃取、脱硫除尘、制备钠米粉体等领域。本文根据文献资料,综述了有关旋转床理论及应用现状。从文献报道来看,有关填料结构研究较少,使用的多为丝网或散装颗粒填料等。对于丝网或散装颗粒填料,在安装时很难达到良好的均匀性和对称性。特别是高速旋转的转子的不同径向位置所受的离心力不同,会导致填料结构分布在径向方向上产生内疏外密的分布,从而会降低传质效率。当填料在转子中的均匀性和对称性打破时,就会导致旋转床的震动和摆动,这种震动和摆动会更加恶化填料在转子中的对称性,从而导致设备寿命的缩短和传质效率的降低。因此,开发新型规整填料,使其具有气液传质效率高、动平衡性好、气阻小、放大效应不明显、制造安装维修方便及有利于工业化等优点成为本文研究的重点。
本论文在现有错流旋转床技术的基础上,根据超重力场下气液传质特性及旋转床的动平衡性和稳定性,研制了新型规整填料一不锈钢多孔波纹板填料和塑料多孔板规整填料,使其弥补散装填料的不足。
在此基础上,选用六种不同规整填料结构,试验研究了填料特性、超重力因子、气体流量和液体流量对压降特性和传质特性的影响。研究结果表明,离心压降、干床压降、湿床压降、比相界面积和体积传质系数与填料的材质、板间距、空隙率等密切相关,试验得出了适宜的填料结构;气相压降特性随超重力因子、气体流量的增加而增大,与液体流量几乎无关;不同规整填料结构旋转床比相界面积和体积传质系数随超重力因子、气液流量的增加而增大,其中液体流量的影响最大。应用MATLAB语言编制应用程序对试验数据的回归分析得出了干湿床压降、比相界面积和体积传质系数的关联式,平均误差小于10%,关联式拟合较好。
本论文研究表明,不同规整填料结构错流旋转床具有较高动平衡性、运转性能稳定;气相压降试验值在240Pa以内,在相近的操作条件下,与文献报道丝网错流床的相近,为逆流旋转床的1/10,大幅降低了能耗;比相界面积和体积传质系数比丝网错流旋转床的高,与逆流旋转床的相当,比传统塔设备高1~2数量级,极大强化了传质过程。因此,本试验规整填料结构具有动平衡性好、传质效率高、气阻低等优点,为旋转床填料结构的工业化应用提供了基础设计数据。