不同規(guī)整填料旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)性能對比

郭強(qiáng)，祁貴生，劉有智，董梅英，宋彬，王探

（中北大學(xué)超重力化工過程山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西省超重力化工工程技術(shù)研究中心，山西 太原 030051）

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不同規(guī)整填料旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)性能對比

郭強(qiáng)，祁貴生，劉有智，董梅英，宋彬，王探

（中北大學(xué)超重力化工過程山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西省超重力化工工程技術(shù)研究中心，山西 太原 030051）

摘要：采用Na2CO3-H2S為體系，利用規(guī)整絲網(wǎng)填料和新型塑料填料的錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)床為吸收設(shè)備，探究了兩種填料床的傳質(zhì)性能，通過理論推導(dǎo)氣液傳質(zhì)系數(shù)Ky和Kya的表達(dá)式，考察了液量、氣液比、超重力因子對脫硫率、Ky和Kya的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相同條件下，規(guī)整絲網(wǎng)填料床的脫硫率略高于新型塑料填料床，約為3%～4%，但Ky、Kya和壓降分別是新型塑料填料床的0.25～0.5、0.8～0.9和0.3～0.5倍。通過文獻(xiàn)對比分析，在相近工況條件下，新型塑料填料床的Kya比散裝絲網(wǎng)填料床提高了1.45倍。并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，擬合出Ky、Kya與氣相雷諾數(shù)ReG、液相韋伯?dāng)?shù)WeL和伽利略數(shù)Ga之間的關(guān)聯(lián)式。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)填料床；填料；脫硫率；氣相傳質(zhì)系數(shù)

超重力旋轉(zhuǎn)填料床在強(qiáng)化相間傳質(zhì)、反應(yīng)及微觀混合過程方面較為有效，廣泛應(yīng)用于氣液吸收過程中[1-3]。而填料是超重力旋轉(zhuǎn)床的一個(gè)重要組成部分，是物系進(jìn)行傳質(zhì)的主要場所。隨著超重力技術(shù)的發(fā)展，目前填料向著傳質(zhì)速率高、氣相壓降小、動(dòng)平衡性能高、通量大、安裝維修方便等方向努力[4-6]。其中規(guī)整填料優(yōu)勢明顯，在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

目前，規(guī)整填料的研究主要集中在金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料、塑料多孔板填料、不銹鋼多孔波紋板填料和同心環(huán)波紋板填料。金屬絲網(wǎng)填料因其比表面積大（2000～5000m?1），空隙率高（90%～95%），得到了研究者的大量研究[7]。康榮燦等[8]以CO2-NaOH為體系，對不同高度、形狀不銹鋼金屬填料的錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)填料床進(jìn)行了傳質(zhì)性能的研究，結(jié)果表明波紋絲狀填料床的傳質(zhì)系數(shù)大于片狀網(wǎng)狀平直填料床，這表明絲狀填料床更有助于氣液傳質(zhì)。祁貴生等[9]研究了3種填料的旋轉(zhuǎn)填料床的氣液傳質(zhì)性能，在相同條件下，不銹鋼絲網(wǎng)床的氣相總傳質(zhì)系數(shù)要大于塑料孔板和θ環(huán)填料床，且規(guī)整填料床氣液傳質(zhì)效果優(yōu)于亂堆填料床。從學(xué)者研究可知，雖然絲網(wǎng)填料具有比表面積和空隙率高的優(yōu)勢，但氣相阻力大，質(zhì)量周向分布均勻性差，動(dòng)平衡不易解決。基于這種劣勢，本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種新型塑料填料，該填料是由特殊材質(zhì)、小填料環(huán)組成的規(guī)整填料，具有較大的流通面積，可以解決絲網(wǎng)填料的不足，本文以Na2CO3-H2S為吸收體系，對兩種填料床的傳質(zhì)性能進(jìn)行對比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 氣相傳質(zhì)系數(shù)Ky和Kya的計(jì)算

Na2CO3吸收H2S的過程中，氣相傳質(zhì)阻力起主導(dǎo)作用，因此，氣相傳質(zhì)系數(shù)能表征吸收傳質(zhì)強(qiáng)度。傳統(tǒng)氣相傳質(zhì)系數(shù)[10-11]的測定主要是應(yīng)用溶質(zhì)相間傳質(zhì)速率方程和物料衡算得出氣相體積傳質(zhì)系數(shù)Kya，根據(jù)有效傳質(zhì)比表面積a，求出氣相傳質(zhì)系數(shù)Ky。該法沒有考慮物系參數(shù)對Ky的影響，本實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)體系和設(shè)備參數(shù)，詳細(xì)推導(dǎo)了Ky的表達(dá)式，通過測定Ky和Kya表征傳質(zhì)效果。

對H2S物料衡算：

其中傳質(zhì)速率NA見式(2)。

將式(2)代入式(1)，兩邊積分

在相界面上氣液兩相互成平衡，沒有游離的H2S在液相中存在，H2S在相界面的濃度可視為0，因此與H2S平衡的氣相中摩爾分?jǐn)?shù)ye=0，可得式(3)。

將脫硫率代入式(3)，得式(4)。

其中，有效比表面積a[12]如式(5)。

式中，af為干填料的比表面積；Ht為持液量；σ為液膜厚度；

持液量[13]Ht如式(6)。

根據(jù)化工物性算圖冊知道，在27℃，Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，Na2CO3的密度為1032kg/m3，黏度為5.5mPa·s，代入式(6)，得式(7)。

持液量其中液膜厚度[14]如式(8)。

將式(7)、式(9)代入式(5)，得式(10)。

將式(10)代入式(4)中，得到氣相傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式(11)。 (11)

在計(jì)算得到氣相傳質(zhì)系數(shù)Ky后，結(jié)合前面化學(xué)吸收計(jì)算所得有效傳質(zhì)比表面積a，即可以得到氣相體積傳質(zhì)系數(shù)Kya。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)選用的旋轉(zhuǎn)填料床為錯(cuò)流結(jié)構(gòu)，填料為規(guī)整絲網(wǎng)填料和新型塑料填料，其規(guī)格參數(shù)如表1；處理對象為H2S模擬氣體，其中H2S含量在2500mg/m3左右；脫硫過程中堿源為Na2CO3，堿含量WNa2CO3濃度為6～14g/L；實(shí)驗(yàn)過程中操作參數(shù)為持液量保持在0.21%～0.43%；液體流量0.3～0.9m3/h；超重力因子為33～300；氣液比為400～1600。

表1 填料的特征參數(shù)表

利用U形壓差計(jì)測量旋轉(zhuǎn)填料床的壓降；進(jìn)口氣相中H2S含量采用化學(xué)碘量法測定，出口H2S濃度用德爾格Pac 7000便攜式檢測儀測定。脫硫率η的定義為=(c1? c2)/ c1× 100 %，式中c1、c2分別為脫硫前、后氣體中H2S體積分?jǐn)?shù)。

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)采用同一錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)床，通過更換相同規(guī)格的規(guī)整絲網(wǎng)填料和新型塑料填料進(jìn)行試驗(yàn)，測定進(jìn)、出口濃度，計(jì)算其脫硫率，利用式(11)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)求得氣相傳質(zhì)系數(shù)Ky和Kya，同時(shí)，測定兩種填料床的壓降，以此表明填料的流通量和堵塞狀況。最后，關(guān)聯(lián)得出氣相傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式，得出不同填料下Ky和Kya的通用式。

實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，來自羅茨風(fēng)機(jī)的空氣和儲(chǔ)氣罐的H2S分別經(jīng)氣體流量計(jì)計(jì)量后均勻混合進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填料床，在壓差的作用下，沿徑向向內(nèi)運(yùn)動(dòng)。儲(chǔ)液槽中的Na2CO3溶液在液泵的作用下經(jīng)過液體流量計(jì)后，通過轉(zhuǎn)子中心的液體分布器均勻噴到填料環(huán)內(nèi)側(cè)，在離心力作用下沿徑向向外運(yùn)動(dòng)。在高速旋轉(zhuǎn)的填料作用下，被分散形成的液滴、液絲、液膜與被剪切的氣體進(jìn)行錯(cuò)流接觸并進(jìn)行傳質(zhì)。最后氣體從出氣口經(jīng)吸收槽后排出，液體經(jīng)液封后從液體出口排到儲(chǔ)液槽。

圖1 旋轉(zhuǎn)填料床吸收性能實(shí)驗(yàn)流程1—羅茨風(fēng)機(jī)；2—H2S罐；3—錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)填料床；4—U形壓差計(jì)；5—吸收槽；6—液封裝置；7—堿液槽；8—離心泵

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 液量對脫硫率、Ky和Kya的影響

在超重力因子、氣量、堿含量等工藝條件相同的條件下，考察液量對絲網(wǎng)填料、新型塑料填料旋轉(zhuǎn)床脫硫率的影響，其中旋轉(zhuǎn)床超重力因子為208，氣量為310m3/h，Na2CO3溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%。液量對脫硫率的影響如圖2所示，脫硫率隨液體流量增大而增大，在液量超過0.65m3/h后，脫硫率隨液體流量增大趨勢減緩，這是由于液量增加，填料的潤濕面積、液滴在填料上的更新速度變大，伴隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，液體分散成許多小液滴，使得脫硫液與H2S氣體充分接觸，增大了吸收推動(dòng)力，增強(qiáng)了傳質(zhì)效率。但液量過大時(shí)，填料上的液膜層變厚，使得氣液的停留時(shí)間變短，脫硫率達(dá)到極限，不會(huì)隨之增加。

圖2 液量對脫硫率的影響

根據(jù)脫硫率和操作參數(shù)，由式(11)求得氣相傳質(zhì)系數(shù)Ky和Kya，由圖3可知，Ky和Kya隨液量的增加也呈上升趨勢，這是因?yàn)镹a2CO3吸收H2S屬于氣膜控制過程，吸收阻力幾乎全部集中于氣相，提高吸收劑Na2CO3的用量，加大了H2S氣體的溶解速率，使Ky和Kya增大，平均推動(dòng)力減小，但總的結(jié)果是傳質(zhì)速率增加，所以Ky隨液量增加而增大。

圖3 液量對Ky和Kya的影響

通過對比新型塑料填料和金屬絲網(wǎng)填料對脫硫率的影響可知，在相同條件下，絲網(wǎng)填料比新型塑料填料的脫硫率略高。分析結(jié)果可知，由于絲網(wǎng)填料的通量、孔隙率都大于新型塑料填料，液體能更多地穿過填料層，在高速旋轉(zhuǎn)的填料上形成薄液膜，使得填料的潤濕面積增大，由此使得傳質(zhì)效率增強(qiáng)。但是在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)絲網(wǎng)填料出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，吸收效果明顯下降，而新型塑料填料由于其獨(dú)特的材質(zhì)，運(yùn)行一段時(shí)間后并沒有發(fā)現(xiàn)破損現(xiàn)象。

2.2 超重力因子對脫硫率、Ky和Kya的影響

在液量、氣液比、堿含量等工藝條件相同的條件下，考察超重力因子對絲網(wǎng)填料、新型塑料填料旋轉(zhuǎn)床的脫硫率和氣相傳質(zhì)系數(shù)的影響，其中液量為0.57m3/h，氣液比為560，Na2CO3水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%。

超重力因子對脫硫率的影響如圖4所示：脫硫率隨著超重力因子的增大而增大，當(dāng)超重力因子大于134時(shí)，其增加趨勢不再明顯。這是由于隨著超重力因子的增加，液體在剪切力的作用下分割為小的液滴、液膜，增大了氣液的接觸面積，減小了吸收阻力，同時(shí)氣液兩相的相對運(yùn)動(dòng)速度也提高，加強(qiáng)了傳質(zhì)效率，由此提高了脫硫率。但是隨著超重力因子的繼續(xù)增大，液體分割的小液滴不再變化，脫硫率的增長緩慢。Ky和Kya隨超重力因子的增加而呈現(xiàn)上升趨勢，超重力因子的增加，使吸收過程中液膜阻力減小，氣膜阻力增大，Ky和Kya變大。由圖4、圖5還可知，在超重力因子相同的條件下，新型塑料填料床與絲網(wǎng)填料床的脫硫率相差不大，都能滿足工業(yè)要求，但新型塑料填料床的Kya略高于絲網(wǎng)填料床。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)比較了不同氣液比下，新型塑料填料床的超重力因子對脫硫率和Ky和Kya的影響，隨著氣液比的增大，脫硫率減小，而Ky和Kya升高。

圖4 超重力因子對脫硫率的影響

圖5 超重力因子對Ky和Kya的影響

2.3 氣液比對脫硫率、Ky和Kya的影響

在液量、超重力因子、堿含量等工藝條件相同的條件下，考察氣液比對絲網(wǎng)填料、新型塑料填料床的脫硫率和氣相傳質(zhì)系數(shù)的影響，其中液量為0.57m3/h，超重力因子為134，持液量為0.31%，Na2CO3水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%。氣液比對脫硫率、Ky和Kya的影響如圖6、圖7所示：脫硫率隨氣液比增大而減小，Ky和Kya隨氣液比的增加總體呈上升趨勢。在堿液一定的情況下，低氣液比氣體經(jīng)過填料床時(shí)，氣液兩相充分接觸，H2S幾乎全部被堿液吸收，脫硫率可達(dá)97%以上，隨氣液比增加，而堿液的處理量有限，脫硫率呈現(xiàn)下降趨勢。氣液比的增大使氣量和氣速增加，加快了相界面更新速率，增大了相接觸面積，從而使?jié)舛炔钭兇螅M(jìn)而增強(qiáng)了傳質(zhì)推動(dòng)力，使Ky和Kya增大。

圖6 氣液比對脫硫率的影響

圖7 氣液比對Ky和Kya的影響

2.4 兩種不同填料的壓降對比

在相同工藝條件下，考察了氣液比、超重力因子、液量對兩種規(guī)整填料的壓降大小，由圖8、圖9、圖10可看出，在相同操作條件下，絲網(wǎng)填料床的壓降遠(yuǎn)大于新型塑料填料床的壓降，說明在絲網(wǎng)填料床中氣體通過填料受到的阻力比較大。運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)絲網(wǎng)填料床有堵塞、腐蝕現(xiàn)象。因此，新型塑料填料具有優(yōu)越的工業(yè)應(yīng)用前景。

2.5 與文獻(xiàn)結(jié)果對比

圖8 氣液比對壓降的影響

圖9 超重力因子對壓降的影響

圖10 液量對壓降的影響

文獻(xiàn)[15]采用錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)填料床脫除H2S時(shí)，所使用填料為散裝絲網(wǎng)填料，液量為40L/h，氣量為3.5m3/h，Na2CO3濃度為12g/L，超重力因子為57。在該條件下，所測Kya為0.6084s?1，為了與文獻(xiàn)中氣相傳質(zhì)系數(shù)對比，在該操作條件下進(jìn)行了規(guī)整絲網(wǎng)填料床和新型塑料填料床的實(shí)驗(yàn)，其Kya分別為0.808s?1、0.8823s?1。通過對比可知，規(guī)整絲網(wǎng)填料床比散裝絲網(wǎng)填料床的Kya提高了1.32倍，新型塑料填料床比規(guī)整絲網(wǎng)填料床的Kya提高了1.1倍。

2.6 氣相傳質(zhì)系數(shù)Ky的關(guān)聯(lián)

由文獻(xiàn)[10]可知，氣相傳質(zhì)系數(shù)Ky除與G、L 和β有關(guān)外，還與填料結(jié)構(gòu)本身、填料床結(jié)構(gòu)和所選物系等有關(guān)。對于非潤濕相（即H2S氣體）用氣相雷諾數(shù)ReG來反映所選物系、填料及旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)的影響，如式(13)。

式中，de為轉(zhuǎn)子的當(dāng)量直徑[de=4×流通截面積/潤濕周邊=0.12m，流通截面積為轉(zhuǎn)子平均截面積（0.011m2），潤濕周邊為轉(zhuǎn)子平均潤濕周邊長(0.376m)]；uG為轉(zhuǎn)子中的氣體流速，m/s；ρG為氣體密度kg/m3；μG為氣體黏度（Pa·s）。

對于潤濕相（Na2CO3溶液），引進(jìn)液相韋伯?dāng)?shù)和伽利略數(shù)反映液體流量L、超重力場、表面張力F和反應(yīng)物系等對氣液傳質(zhì)過程的影響[16]，如式(14)、式(15)。

式中，uL為轉(zhuǎn)子中的液體流速，kg/(m2·s)；ρL為液體密度，kg/m3；a為填料比表面積，m2/m3；F為表面張力，N/m；g為重力加速度，m/s2；l為填料特性尺寸（即填料環(huán)厚度）；μL為液體黏度，Pa·s。

通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，得到絲網(wǎng)填料床和新型塑料填料床的氣相傳質(zhì)系數(shù)Ky與ReG、WeL和Ga的關(guān)聯(lián)式，如式(16)～式(19)。

絲網(wǎng)填料床

新型塑料填料床

由式(16)～式(19)所得關(guān)聯(lián)式的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.994、0.9801、0.984和0.9857，擬合度和相關(guān)性都良好。

3 結(jié) 論

以錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)填料床對Na2CO3-H2S體系進(jìn)行化學(xué)吸收，考察了超重力因子、液量和氣液比對脫硫率η、Ky和Kya的影響，并考察了兩種填料床的壓降性能，通過比較絲網(wǎng)填料床和新型塑料填料床的傳質(zhì)效果和壓降，得出如下結(jié)論。

（1）脫硫率隨著超重力因子、液量的增大而增大，隨氣液比的增大而減小；Ky和Kya隨超重力因子、液量、氣液比的增大而增大。

（2）在相同條件下，規(guī)整絲網(wǎng)填料床的脫硫率略高于新型塑料填料床，約為3%～4%，Ky、Kya和壓降是新型塑料填料床的0.25～0.5、0.8～0.9和0.3～0.5倍。

（3）規(guī)整絲網(wǎng)填料床比文獻(xiàn)中的散裝絲網(wǎng)填料床的Kya提高了1.32倍，新型塑料填料床比規(guī)整絲網(wǎng)填料床的Kya提高了1.1倍，有效地提高了傳質(zhì)效果。

（4）在相同條件下，測定了兩種規(guī)整填料床的壓降，新型塑料床的壓降明顯小于絲網(wǎng)填料床，是絲網(wǎng)填料床壓降的0.2～0.4倍。說明新型填料床氣相阻力小，不易堵塞，具有一定的工業(yè)應(yīng)用性。

符 號(hào) 說 明

a —— 填料比表面積，m2/m3

af—— 干填料比表面積，m2/m3

de—— 轉(zhuǎn)子的當(dāng)量直徑，m

F—— 表面張力，N/m

G —— 氣體流量，m3/h

Ga—— 伽利略數(shù)

H —— 填料高度，m

Ht—— 持液量

Ky—— 氣相傳質(zhì)系數(shù)，m/s

L—— 液體通量，m3/m2·s

l—— 填料特性尺寸，m

R—— 填料半徑，m

ReG—— 氣相雷諾數(shù)

r1—— 填料內(nèi)徑，m

r2—— 填料外徑，m

uG—— 轉(zhuǎn)子中的氣體流速，m/s

uL—— 轉(zhuǎn)子中的液體流速，kg/(m2?s)

v—— 液體流量，m3/h

WeL—— 液相韋伯?dāng)?shù)

y —— 氣相主體中硫化氫濃度，mg/m3

y1—— 進(jìn)口硫化氫濃度，mg/m3

y2—— 出口硫化氫濃度，mg/m3

ye—— 界面處硫化氫濃度，mg/m3

μG—— 氣體黏度，Pa?s

ω—— 角速度，rad/s

σ—— 液膜厚度，m

ρG—— 氣體密度，kg/m3

ρL—— 液體密度，kg/m3

μL—— 液體黏度，Pa?s

參 考 文 獻(xiàn)

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[15] 祁貴生，劉有智，潘紅霞，等．錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)填料床中濕式氧化法脫除氣體中硫化氫[J]．石油學(xué)報(bào)（石油加工），2012，28（2）：195-199．

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·技術(shù)信息·

浙江豐利公司“超微粉碎設(shè)備”通過浙江名牌產(chǎn)品復(fù)評

日前，國家高新技術(shù)企業(yè)浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司的FLFS牌“超微粉碎設(shè)備”再次通過浙江名牌戰(zhàn)略推進(jìn)委員會(huì)“浙江名牌產(chǎn)品”復(fù)評，有效期至2017年12月。連續(xù)五屆獲此殊榮，這在我國粉碎設(shè)備界僅此一家。

據(jù)悉，浙江名牌產(chǎn)品是指質(zhì)量達(dá)到國際或國內(nèi)同類產(chǎn)品先進(jìn)水平、在省內(nèi)同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位、市場占有率和知名度居行業(yè)前列、用戶滿意度高、具有較強(qiáng)市場競爭力的產(chǎn)品。浙江豐利公司的超微粉碎設(shè)備2002年首獲浙江名牌產(chǎn)品稱號(hào)，實(shí)現(xiàn)了我國粉體設(shè)備行業(yè)名牌零的突破。

享有“中國粉碎機(jī)專家”美譽(yù)的浙江豐利公司創(chuàng)造出多項(xiàng)獨(dú)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國內(nèi)領(lǐng)先并達(dá)到國際先進(jìn)水平的技術(shù)和產(chǎn)品，成功推出了具有高技術(shù)含量的系列超微粉碎設(shè)備，將粉碎細(xì)度提升到微米、亞微米級(jí)乃至納米級(jí)，在粉體行業(yè)打出了響當(dāng)當(dāng)?shù)摹柏S利”品牌；十多項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品被確認(rèn)為國家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)專項(xiàng)、國家重點(diǎn)新產(chǎn)品和國家火炬項(xiàng)目，成為我國高端粉碎設(shè)備的代表。

2014年，工業(yè)和信息化部、科技部和環(huán)境保護(hù)部三部委聯(lián)合發(fā)布了《國家鼓勵(lì)發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄（2014年版）》的通告，浙江豐利公司開發(fā)的“廢塑料復(fù)合材料回收處理成套裝備”入選該《目錄》。最近，浙江省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)發(fā)布了《浙江省高端裝備制造業(yè)發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域（2015）》的通知，浙江豐利公司研發(fā)的“廢塑料復(fù)合材料回收處理成套設(shè)備及綜合利用技術(shù)裝備”入選其中。

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綜述與專論

Comparative study of mass transfer performance of different structured packings in rotating packed bed

GUO Qiang，QI Guisheng，LIU Youzhi，DONG Meiying，SONG Bin，WANG Tan
（Research Center of Shanxi Province for High Gravity Chemical Engineering and Technology，Shanxi Province Key Laboratory of Higee-oriented Chemical Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，Shanxi，China）

Abstract：Mass transfer performance of cross-current rotating packing bed with metallic wire structured packing and novel plastic structured packing respectively was investigated using Na2CO3-H2S as absorption system. The effects of liquid flow，gas-liquid ratio，and high-gravity factor on desulfurization rate and gas phase mass transfer coefficient were studied by theoretical derivation of expressions of gas-liquid mass transfer coefficients Kyand Kya. Desulfurization rate of wire packing bed was 3%—4% higher than novel plastic packing bed under the same conditions，but Ky，Kya and pressure drop were 0.25—0.5、0.8—0.9 and 0.3—0.5 times of novel plastic packing bed. Kya of novel plastic packing bed was 1.45 times higher than that of bulk wire packing bed under similar working condition. Correlation of Ky，Kya and gas phase Reynolds numbers ReG，liquid phase Weber number WeL，Galileo number Ga was obtained by regression of experiment data.

Key words：rotating packed bed; fillers; desulfurization rate; gas overall mass transfer coefficient

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（21376229）、山西省科技攻關(guān)計(jì)劃（工業(yè)）（20130321035-02）及山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2013128）。

收稿日期：2015-08-11；修改稿日期：2015-09-18。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.014

中圖分類號(hào)：TQ 202

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000–6613（2016）03–0741–07

第一作者：郭強(qiáng)（1988—），男，碩士研究生。E-mail zbdxgq@163.com。

聯(lián)系人：祁貴生，教授。E-mail zbdxggs@126.com。