喷射式超重力旋转床的压降研究李肖华Word文档下载推荐.docx

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关键词：

喷射式超重力旋转床；

气相压降；

模型中图分类号：

０５３　　　　　文献标志码：

ＴＱＡ

（）文章编号：

４００００６３０３２０１３０４４３２４１－－－

ｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｏｆｔｈｅｏｆｒｏｔａｔｉｎｅｔｂｅｄｅｓｅａｒｃｈｏｎａｓＲ　　　　　　　　ｇｐｐｇｊ　　

，ＷＵ，，，，ｕＬｈｂＩＸｉａｏｕａＪｉｅＬＩＵ　Ｘｕｅｎ，ＬＩＹｕｉｎＹＡＯ　ＷｅｎＧＡＯＳｈｅｎＪＩＪｉａｎｉｎ－－－ｍ－　　　　　ｊｇｇ

（，Ｈ），Ｃａｎｚｈｏｕ３１００３２，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅＺｈｅｉａｎｏｌｌｅｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎ　　　　　　　ｙｇｙｇｊｇｇｇｇ　　　

：

ＡｌａｓｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｒｏｔａｔｉｎｅｔｂｅｄ（ＲＪＢ）ｉｓａｎｅｗｔｅｏｆＨｉｅｅｕｎｉｔｗｉｔｈｈｉｈｉｕｉｄｍａｓｓ－　　　　　　　　　　　　ｇｇｊｙｐｇｇｑ　

，ａｓｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｉｎＲＪＢｉｓａｎｉｍｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｉｎｉｔｓａｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　ｇｐｐｐｐｐｙ　ｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｏｆＲＪＢｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎａｉｒａｓｄｅｓｉｎ．Ｔｈｅａｔｅｒｓｓｔｅｍａｔａｔｍｏｓｈｅｒｉｃ－ｗ　　　　　　　　　　　ｐｐｇｇｙｐ　ｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｏｆＲＪＢｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｓｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｐｇ　

，Ｆｆｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｃｔｏｒａｎｄｒｏｔａｔｉｎｓｅｅｄａｎｄｗａｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｒａｄｅｎｓｉｔ．－　　　　　　　　　　　　ｇｐｐｙｙ　　

０．０．５５

ｓ）／（，ｆＷｈｅｎｒｏｔａｔｉｎｓｅｅｄｗａｓ８００ｒｍｉｎ，Ｆａｃｔｏｒｗａｓ１．２４ｋａｄｅｎｓｉｔｗａｓｍｓｒ－　　　　　ｇｐｇ／ｙｙｐ　　　

３２／·

ｈ），Ｔ（，ａｓｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｒｅａｃｈｅｄｔｏ８００Ｐａｈｅｒｅｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆ１１．７６ｍａｓｈｅｍｔ　　　　　　　　　ｇｐｐｇｇ　

ａｓｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｗａｓｒｅｌｅｖａｎｔｔｏｔｈｅｓｕａｒｅｏｆｒｏｔａｔｉｎｓｅｅｄａｎｄｔｈｅｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ　　　　　　　　　　　　　ｐｐｑｇｐｇｐｐ　　　

，Ｆｆｓｕａｒｅｏｆａｃｔｏｒａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｎｅａｔｉｖｅｕａｒｔｉｃｏｆｌｉｕｉｄｆｌｏｗｒａｔｅ．－　　　　　　　　　　　ｑｇｑｑ：

；

Ｋｅｗｏｒｄｓｒｏｔａｔｉｎｅｔｂｅｄａｓｏｄｅｌｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏ　　　ｇｊｇｐｐ；

ｍｙ　　

［１］

　　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

］４２－

，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１～２个数量级．

收稿日期：

０１０１２５２２－－

为此开发了一种新型的喷射式超重力旋转床（液滴ＪＢ）．ＲＪＢ转子由一系列带孔的同心圈组成，Ｒ

经过转子内多次碰撞后，从小孔流向下一层同心圈，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（Ｃ２６２１３３００４６５）００２Ｃ１１０３２）２０７

（）Ｙ４１１０３６４

，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，９６３—）ａｉｌｌｉｘｈ６３＠ｚｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．１Ｅ－ｍｊ

第４期李肖华，等：

４３３·

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Ｆ因子、转速、喷淋密度对Ｒ获ＪＢ压降的影响，得压降计算的数学模型，为ＲＪＢ的工业设计和应用提供有力支撑．

２．１　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（Ｆ因子）响，超重力旋转床中Ｆ因子定义为

２　结果与讨论

１　实验部分

１．１　实验装置

ＪＢ主要由喷射式转子和盘管式液体分布器两Ｒ部分组成：

转子共有２直径为２０个动圈，５０～６３０相邻两个动圈间距１动圈高度６ｍｍ，０ｍｍ，５ｍｍ，孔径２．孔间隙３．板厚０．开孔０ｍｍ，０ｍｍ，８ｍｍ，转子中心装一个盘管式液体分布器，率４在分３％；

布器盘管上沿共分布１分布器４４个１ｍｍ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．

２　实验流程１．

实验流程如图１所示，气相流程为从风机１进入—阀门２—孔板流量计３—ＲＪＢ进气口４—出气口７排出，液相流程为从高位槽１３进入—离心泵２—转子流量计１０—液体分布器１５—液体出口１８１排出

．

（）１Ｆ＝Ｇ２ＲＨπ

式中：

Ｒ为转子内缘半径；

Ｈ为转子Ｇ为气体密度；

ρ轴向高度．

图２为不同的Ｆ因子和转速对旋转床的干床压降影响．从图２中可以看出：

干床压降随Ｆ因子／的增加而增加．当固定转速为８Ｆ因子从００ｒｍｉｎ，

０．０．０．０．５５５５

ｓ）·

ｓ）（（，增加到１．．２４ｋ８６ｋｍｍ１ｇ／ｇ／

气体通过转干床压降从８１０Ｐａ增加到９３０Ｐａ时，

子产生摩擦阻力和形体阻力，可用范宁公式计算，Ｆ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２　干床压降受Ｆ因子的影响

ＦＦｆｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｏｎｉ．２　Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｒｂｅｄａｃｔｏｒ－　　　　　　ｐｐｇｙ　　

ａｎｄｒｏｔａｔｉｎｓｅｅｄ　ｇｐ　

从图２中还可以看出：

在相同的Ｆ因子下，随着

１—风机；

１—阀门；

２，１３—孔板流量计；

４—气体进口；

５—动圈；

６—垫片；

７—气体出口；

８—液体进口；

９—壳体；

０—转子流量计；

２—泵；

１３—高位槽；

４—动盘；

１１１

１５—液体分布器；

６—转轴；

７—机械密封；

８—液体出口１１１

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，气体需要克服的离心压降也越大，两个方面均导致干床压降增大．２　喷淋密度对湿床气相压降影响２．

超重力旋转床中喷淋密度定义为

图１　实验流程图Ｆｉ．１　Ｅｘｅｒｉｍｅｎｔｆｌｏｗｃｈａｒｔ　　ｇｐ

１．３　实验参数和测量仪器

３／液体流量Ｌ为０气体流量Ｖ为０～５ｈ，００ｍ／转速ｎ为０～１气体进出口ｈ，０５ｍ／００ｒｍｉｎ，～１．　

压差采用Ｕ型压差计测量，旋转床的转速由电磁调

３

（）Ｌ２ｖ＝

２ＲＨπ

ｓ）（，图３是固定Ｆ因子为１．考２４ｋｍｇ／察不同的转速和喷淋密度对旋转床的湿床压降影响．由图３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．Ｔ２２３４Ａ，Ｄ

４３４·

浙江工业大学学报第４１卷

５］

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１）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，大；

液体被同心圈高度雾化，２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；

３）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４转子中自内向外运动过程中，液滴后面形成空穴，使

］６７－

得液体向中心运动的阻力减小，因此压降变小［．

图４　湿床气相压降受Ｆ因子的影响

Ｆｏｎｉ．４　Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅｔｂｅｄｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏａｃｔｏ

ｒＦｆ　　　　　　　－ｇｐｐ　

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５　湿床压降受转速的影响

Ｆｉ．５　Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅｔｂｅｄｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｏｎｒｏｔａｔｉｎｓｅｅｄ　　　　　　　ｇｐｐｇｐ　　

图３　湿床压降受喷淋密度的影响

Ｆｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｏｎｓｒａｄｅｎｓｉｔｉ．３　Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅｔｂｅｄ　　　　　　　ｐｐｐｙｙｇ　　

２．３　Ｆ因子对湿床气相压降的影响

ｈ）（，考察图４是固定喷淋密度１１．７６ｍｍ不同的Ｆ因子和转速ｎ对超重力旋转床的气相压降影响．由图４可知：

与干床压降相似，湿床压降随与同等条件下的图２相比可Ｆ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８００ｒ，（Ｆ因子１．ｍｉｎ２４ｋｍｇ／

，湿床压降为８１０Ｐａ００Ｐａ．８

０．５

２．５　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：

２ｄ

（）ａ＋ｂｃ３ｎＦ２＋ＬΔｐ＝

２

为离心压降，式中：

正比于转速的平方；

ａｂｎＦ２为黏

ｄ

为气液相互作用引性压降，正比于气速的平方；

ｃＬ

起的压降，与液量大小密切相关；

ａ，ｂ，ｃ，ｄ为待定系数．

用Ｐｏｌｍａｔｈ软件对２００多组实验数据进行回ｙ归处理，得到气相压降关联方程：

（）４＋５．Ｆ＋７．Ｌ０×

１０ｎ３×

１０　０　Δｐ＝９．

通过模型计算的数据与实际测得的压降相比，

－５２

－６

－４

ｓ），干床压降为

２．４　转速对湿床压降影响

３２

／·

ｈ）（，考图５是固定喷淋密度１１．７６ｍｍ

察不同的转速和Ｆ因子对旋转床的湿床压降影响．由图５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２２．３％，最小误差为

平均误差为５．湿床压降的最大误差．０９１％，２４％．０

最小误差为０．平均误差为为１１．６９％，２２８％，说明该模型能较好的反映喷射式旋转床的．８５％．４

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１给出了在一定条件下实验测定值与计算值的比较．

喷射式超重力旋转床