塑料花環填料流體力學性能研究

(吉林化工學院化工與生物技術學院，吉林吉林132022)

填料塔是一種重要的氣液傳質設備.它不僅結構簡單，而且有阻力小和便于用耐腐蝕材料制造等優點.近年來，國內外對填料的研究與開發進展很快.由于性能優良的填料不斷涌現以及填料塔在節能方面的突出優勢，填料塔使用越來越廣泛.填料是填料塔的核心，填料塔操作性能的好壞，與所選用的填料有直接關系.塑料花環又稱泰勒花環，具有壓降小，通量大，有較高的持液量，液體在塔內停留時間長，填料的傳質效率較高，已被國內多家廠家使用，效果較好，為使塑料花環填料得以推廣應用，采用空氣-水系統對塑料花環的流體力學性能進行了研究［1-2］.

1 實 驗

1.1 塑料花環填料的結構特點

塑料花環是由許多圓環繞結而成的形如橢球的填料，并在中間增設一條加強筋，并使之呈“A”形狀，這樣大大提高了花環的抗壓強度，見表1.

表1 塑料花環填料的特性參數

1.2 流體力學性能測試

實驗采用空氣-水系統，在常溫常壓下進行，用來測定塑料花環填料的實驗流程、裝置、儀表等文獻［1］已有報道.塔內徑Φ=160 mm，填料裝填高度為0.8 m.實驗數據采用計算機在線現場采集.

流體力學性能實驗測試范圍為液體噴淋密度0 m3/(m2·h)～21.58 m3/(m2·h)，氣體質量流量850～2210 kg/(m2·h).

2 實驗結果

2.1 流體力學性能

2.1.1 氣體通過填料干塔壓降與氣體動能因子關系

氣體通過干填料層每米壓降與空塔氣速的關系為一條直線，通常可用的關聯式為［3］:

式中:ρG為氣體密度，kg/m3;A，B為關聯式常數.

對實驗測得的數據采用最小二乘法進行回歸，獲得干塔壓降與氣體動能因子的關聯式為:

Δp/Z=0.5398F1.7018

式中:F為氣體動能因子，在F=0.55～1.56的范圍內，上述關聯式的平均相對誤差為2.6%.

2.1.2 濕塔壓降與液體噴淋密度及動能因子的關系

在一定的噴淋密度下，氣體通過每米填料層壓降ΔP/Z與動能因子F的關系如圖1所示.

圖1 填料層壓降與動能因子F的關系

實驗測試噴淋密度分別為 0、15.16、17.83、19.11、21.58m3/(m2·h)時的填料層的壓降值，實驗得到的空塔氣體動能因子F與填料層壓降的關系繪于圖1，從壓降圖可以看出，隨噴淋密度的加大，液泛點的動能因子變小，圖中的轉折點是泛點，載點不明顯，從圖中壓降的變化獲得的泛點氣速與動能因子，見表2.

表2 不同噴淋密度下塑料花環泛點氣速值

填料層壓降與空塔氣速的關系［2］，通常可用的關聯式為

采用最小二乘法對實驗數據進行關聯，關聯結果列于表3.

表3 壓降關聯式常數

采用最小二乘法對表3數據進行回歸，得出

采用關聯式與實測數據進行對比，進行誤差分析，在泛點以下時的平均相對誤差為3%.

2.1.3 填料的泛點特性

泛點的確定采用圖解法，即根據不同液體噴淋密度下Δp/Z～F關系曲線上的轉折點確定泛點.將泛點氣速隨液體噴淋密度的關系繪成曲線，如圖 2 所示［4-5］.

圖2 泛點氣速與液體噴淋密度的關系

從泛點氣速與液體噴淋密度的關系可以看出，隨噴淋密度的增大，泛點氣速下降.

3 結 論

(1)通過實驗獲得了塑料花環填料的流體力學性能參數，并考察了這些參數隨操作條件的變化規律.實驗結果可為該填料的工業生產及設計提供有價值的參考.

(2)塑料花環填料具有良好的流體力學性能，其壓降較低，液體通量很大，具有較高的抗壓強度，耐腐蝕，適用于氣體洗滌和凈化塔中［6］.

［1］ 劉放，王衛東，計海峰，等.塑料花環填料液相總傳質模型的估測［J］.吉林化工學院學報，2013，30(1):5-7.

［2］ 袁孝竟，余國琮.填料塔技術的現狀與展望［J］.化學工程，1995，23(3):5-13.

［3］ 欒國顏，葉永恒.金屬斜孔板波紋填料流體力學與傳質性能研究［J］.化工機械，2005，32(4):191-194.

［4］ 吳松海，賈紹義，孫永利，等.DN50塑料異型矩鞍填料的流體力學及傳質性能［J］.天津大學學報，2006，39(10):1184-1188.

［5］ 賈紹義，胡暉，李杰，等.塑料扁環填料流體力學及傳質性能研究［J］.化學工業與工程，2000，17(4):198-203.

［6］ 李勇華.金屬矩鞍環填料的流體力學與傳質性能研究［J］.杭州化工，2008，38(3):14-17.