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多降液管塔板气液传质强化与气泡行为研究

多降液管塔板气液传质强化与气泡行为研究

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作者：邹元强青岛科技大学

学位级别：硕士

介观尺度上的气泡对于气液两相之间的传质有着极其重要的影响。大气泡的存在将会导致气相的停留时间减小,气液接触界面更新缓慢,使塔板的效率大打折扣。因此若能打破大气泡,减小其尺寸,便能增加气液接触面积,强制界面进行更新,强化其传... 详细信息

介观尺度上的气泡对于气液两相之间的传质有着极其重要的影响。大气泡的存在将会导致气相的停留时间减小,气液接触界面更新缓慢,使塔板的效率大打折扣。因此若能打破大气泡,减小其尺寸,便能增加气液接触面积,强制界面进行更新,强化其传质过程。基于此,本文提出了一种塔板气液传质强化的新方法:液滴破泡,并以此为依据对传统塔板进行优化,提出了新型多降液管塔板。本文自行设计了一套可视化实验流程,通过粒子图像测速技术（PIV）结合计算流体动力学分析软件（CFD）对气泡的破碎行为进行研究。实验选择无液滴影响下的气泡运动作为对照,分析了气泡受液滴影响后其上升速度、质心位置、等效直径、纵横比、气泡内部压力速度变化、外部流场等信息。结果表明液滴进入液层后直接或间接作用于气泡,受到液滴冲击的大气泡被撕裂成小气泡。且单个气泡的上升时间延长至172.663 ms;气泡破碎前被纵向压缩、水平拉伸,其表面积增大为原来的2倍。气泡周围流场发生改变,气泡内部压力及其速度增大,表面更新加快。CO吸收实验结果显示采用液滴破泡后气液传质效果得到了加强。在空气-水体系中对新型多降液管塔板进行流体力学实验,通过改变气体与液体流量的大小,探究不同操作条件下新塔板的压降、等效液层高度、气含率等流体力学参数。借助于模拟软件计算分析塔板上的气液流动状态。研究结果显示新型多降液管塔板的湿板压降约为传统塔板的80%,有效地降低了能耗;在相同操作条件下,新塔板的气含率比传统塔板平均高出66.3%,且气含率分布更加均匀。新多降液管塔板对降液管的改造使塔板上的传质区域面积增大;很好地消除了液面落差,使液层分布更加均匀。本论文的研究为传递过程强化提供了新思路,在开发新塔盘、强化传质等方面可以起到一定的理论指导作用。

关键词： PIV CFD 气泡破碎新多降液管塔板传质强化

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