脉动阀传质性能与流体力学实验研究

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化工是国民经济的支柱性产业,化工生产过程中,分离技术为原料净化和产品提纯等提供了技术性保障。在众多分离过程中,精馏是使用最为广泛的分离方法之一,在工业化生产中占据着较大的比重,但存在投资过大,能耗过高的问题。为响应国家节能减排的号召,本文提出一种新型传质元件——脉动阀。其原理是在F1型浮阀的基础上外置一个连续脉动装置——筛孔板,通过外加动力,使得筛孔板在浮阀上方持续脉动,对清液层中上升的气流产生连续性的扰动,通过撞击使得连续的气流破碎产生大量直径较小的气泡,促进气液界面的表面更新,提高传质效率,达到绿色节能和增产的目的。本文的研究内容为:(1)在250 mm ×200 mm ×700 mm的矩形脉动浮阀塔内,通过高速摄像系统对实验过程中脉动装置引入对气泡生成的影响和破碎状况进行拍摄,利用基于MATLAB/GUI界面自行设计编写的数字图像处理软件对所拍摄的图片进行图片处理和气泡参数数据分析,探究脉动特征参数对气泡破碎的影响;(2)同时在直径为450 mm,高度为1600 mm的圆柱形脉动浮阀塔内,进行低浓度氨吸收传质实验。从筛孔板振幅、位置、开孔率等多角度进行实验对比考察其对水吸收氨气实验的吸收率和板效率的影响。实验结果表明,在最佳脉动特征参数(振幅=5 mm,频率=2.4 Hz),吸收率提高5.58%,板效率提高10.26%,为工业化和后续的进一步研究提供一定的依据;(3)利用空气—水物系,对脉动阀进行流体力学性能的研究。实验研究表明浮阀塔引入脉动装置后不会引起塔板流体力学参数的明显变化,这说明脉动阀不会对现有的塔设计产生影响,在保留了现有塔板特色的基础上,同时塔板效率也得到了提高,符合国家倡导的节能减排这一理念。
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