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为了了解加压条件下规整填料精馏塔的传质性能,准确预测整塔传质效率,本文通过实验就压力对传质效率的影响进行了研究,并且通过建立相应的模型对传质效率和有效相界面积进行了预测,另外对加压条件下规整填料的"效率驼峰"的机理进行了初步讨论.
实验首先在高压精馏热模实验装置上进行,塔径为150mm,测试填料和物系分别为:Mellapak 350Y和正丁烷/异丁烷,压力范围为0.7～1.9MPa.实验结果表明在实验条件的范围内,随着气相负荷的增加,填料的分离效率呈增加的趋势,而随着操作压力的增加,平均的分离效率亦呈增加的趋势,并且通过轴向浓度分布情况评价了填料塔的传质性能.本文得到的数据与FRI的存在着明显的差异,通过分析认为这个差异主要是由于实验设备因素造成的.根据上述实验数据,建立了一个预测规整填料效率的简捷方法,并利用文献中的数据对提出的方法进行了验证,结果表明对于绝大部分的实验数据点,预测的误差均小于20﹪,因此能够较好的预测实验结果.
同时采用小直径热模精馏塔进行了压力对传质效率影响的实验,塔径为19mm,填料为比表面积约为1400m<-1>的丝网规整填料,实验测试物系为甲醇/乙醇和正丁烷/异丁烷,测试压力范围为0.1～0.7MPa(甲醇/乙醇)和0.7～1.9MPa(正丁烷/异丁烷).从实验结果看出,在实验的全部操作压力范围内(0.1～1.9MPa),随着气相负荷的增加,填料的分离效率呈增加的趋势,而随着操作压力的增加,平均的分离效率亦呈增加的趋势.利用FRI的实验数据对Rocha模型进行了修正,提出了一个规整填料有效相界面积的计算模型.利用本文两次的实验数据和文献中的数据,对提出的模型进行了验证,并与Gualito模型进行了对比,结果表明本文提出的模型较Gualito模型能够更好的预测板波纹规整填料的实验结果,但是二者对于丝网填料,尤其是高比表面积的丝网填料的有效相界面积预测结果均欠佳.
对加压条件下规整填料的等板高度"驼峰"现象的分析表明,对于这一反常的现象成因,目前还没有统一的认识.本文在分析现有的研究成果的基础上,认为"驼峰"现象和气液两相的返混有关,而两相的返混取决于操作、物系、填料以及设备尺寸等诸多因素.由于返混主要来自两相流体的分布不均,因此加压条件下,气液两相尤其是液相的分布是非常关键的.