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  维普资讯 第 8卷第 4期 高 檀 化 学 工 程 学 报 No d Vo1.8 199.1年 12月 JournalofChem icalEngineeringofChineseUniversities Dec. 199 研因 □□□□□□, 液f乏庵睁 料 I 填料因子的确定方法和物理意义 弓z 寻5f 董谊仁 TQ (浙江_L业大 学化_L系) 摘 要 本文提 出7确定填料 因子的简便方法□□,探讨 7填料 因子的物理意义 认为引入 湿填料 因子和液泛填料 因子是不恰 当的□□□□□,抬荐按 Kister—Gill经验关联式计算 国产 填料的泛点压降□□□□□。 关键词 填料 因子 □□□□□,填料 □,填料塔 □□□,压 降□□□,液泛压降 1 引 言 填料因子 ( )一词□□□,最早 由Leva 提出.后来被 Eckert~等人 引用至今 □□□□。国内许多单 位[3- □□□□□,通过实测压降和气□□□□、液流量等有关物理量□□□□,从填料塔压降通用关联图(简称 GPDC)~ 倒求得各种填料的 值□□□,供工程计算选用□□□□。国外在有关填料塔设计的主要文献上□□□□□,也提供有 各种填料的 值 □□□□。 关于填料因子的数值大小□,国外多数文献认为□□□□□,虽然填料装填方法 (干装或湿装等 )□□□,塔 径大小对它有一定的影响□□□□,但它主要是与填料类型和尺寸相关的常数□□□□。因而是表征干填料床 的特性常数□□□□□□。国内有些文献认为□□□□□□, 不仅是填料类型和尺寸的函数□□□□□□,还与液体喷淋密度大小 有关 □□□,且有压降填料因子和液泛填料因子的区别□□,提出了关联等压降线使用压降填料因子□□□□□□, 关联液泛线使用液泛填料因子□。至于 的物理意义 □□□,国内文献 尚未找到一种令人信服的解 释 □□□。 填料因子的物理意义是什么□□□?其数值大小如何用简便而准确的方法加以确定□□□□□□?影响因 素有哪些□□□□?是否应划分为压降填料因子和液泛填料因子□□□□□?有没有干填料因子和湿填料因子 的区别□□□□□?本文试图探讨这些问题 □□。 2 填料因子简便求法 1992年 Leva嗍发表了 □□□□□□“重新考虑塔填料压降关联□□”一文□□□□□□,使用 □□□□□,□□□’一X为纵□□□□□、横坐标□□□□□,标绘 GPCD(图 1)□,其中流动能力因子为 □□□、 维普资讯 326 高 校 化 学 I 程 学 报 一 磊 (m) (□□□□□□” 相对流动 因子为 丢c □□□; I.eva认为□□, 可从干填料床的一个压降读数计算得到□□□□,为此应先求得压降与 limt之间 的关系 ·其 中 . 1im r = 一 (3) 一 0 … p.1g P.g 作者将图 1中9根等压降线的 limY值列于表 1□□□□。 表 单位床高压降与limr □□。 间的关系 序号 千压降 mmHO/m 1 d.2 0.0073 S 奢 2 g.3 0 01d5 l 3 10.7 0 0290 = ● 26.0 0.0435 罢 d 5 33.3 0.0580 l 6 dj□□□□□,7 0.0725 7 62.S 0.1090 B B3.3 9.】450 0 12 0 0□□□□□,2180 O□□□□□□,01 0.02 0.1 O.2 仉 S i.0 2.0 S.0 lO x □□□□□□; 告告 以 为纵坐标□□□,A为横坐标□, 在直角坐标上作图□□,可得到一根通过 图 i 填料塔新通啊压降关联圈(GpDC) 原点的直线□□□□□,并关联成下式 一 一 - 4× l0 (4) 取式 (3)中 = 1000kg/m3□□□□, = 1.2kg/m□□□□□□。(20c空气密度)□□□□□□,联立式(3)和 ()得 14.21 (5) 又夸 J □□□□□□: (6) 式中K等于 =1m/s时的干压降值□□□□□,为待定指数□□□□,对于每一种填料□□□,K□□、均可从其干压降 线)可以看出□,若 一 2□□□□,则 与流速无关□□□□□□,这正是Leva在文中所指出的□□□□□□,只要根据 维普资讯 填料 因子 的确定方法和物理意义 327 任一个压降读数.就可算出恒定的 值 □□□□□。实际上 尚有 小于和大于 2的另外两种情况 □□□□□□,它们 的西值 皆随流速 □□□□□、指数 的大小而变 □,西并非常数□。为简化计算且不失足够的准确度+本文 建议 □□: □□□□□: 1m/s□□□□□。故式 (7)简化为 □: 14.21K (8) 对各种常用的国产填料□□□,从有关的文献上查得 值 .按式 (8)计算出 □□□□,结果列于表 2□□。同时□□□□□□, 表中还列 出 值以及 L一 20m□□□□□。/m ·h时的西值 □□。 表 2 各种类型填料的 和 值 填 料 填料图子 .邢 液泛压降J □□□,mmH2O/m 数 据 的 尺寸和类型 材质 d/.113 本文计算值 L一20 式 (15)计算值 测定平均值 文献来源 25拉西环 陶 瓷 60 5d0 620 31 l25 27] 25短拉西环 陶 瓷 d1 554 616 37 109 [叼 2 鲍尔环 聚丙烯 295 243 27 195 120 [5] 25阶梯环 象丙烯 313 203 173 172 j10 [53 Dg25矩鞍 陶 瓷 433 213 229 178 196 [] Dg25环矩鞍 铝 229 t52 l43 l^0 l^4 L□。] 38拉西环 陶 瓷 6 382 50 268 ld7 [10] 38照尔环 乘丙烯 220 1d2 l33 134 110 [5] 38阶梯环 聚丙烯 212 114 107 115 9O [11] 38龅尔环 钢 153 121 107 120 99 [d] Dg38矩鞍 陶 瓷 32 22 230 194 97 [10] Dg32环矩鞍 钢 127 91 96 98 99 _g] 0拉西环 陶 瓷 123 284 250 218 1d [3] 50鲍尔环 聚丙烯 (#) ]53 123 106 121 132 _g] 50鲍承环 钢 131 90 9l 97 j13 [9] 50阶梯环 聚丙烯 143 99 95 104 103 [12] Dg50环矩鞍 钢 70 7l 8l 89 ] 3 填料因子的物理意义及其影响因素 将式 (5)改写成流体力学上Fanning公式的形式 西 pr□□□□,u (5a) n 丽 丁 Billet 根据流体力学基本原理所建立的干填料床压降计算式为 一 {t (9) 式中 一模拟通道的Fanning摩擦因子□□□□,按下式计算 □□□□: (苦+ ) (1O) 式中C□□□,一考虑干填料几何特性和表面性质的常数□,其值查文献 [13]表 la□□□□□□、lb□□□□。 维普资讯 328 高 校 化 学 I 程 学 报 Re一 二矗 (□□□□□□” d一 6l_l (12) 式 (11)中的C为考虑塔壁影响的壁因子 □□□,由下式计算 一 +吾 cs 联立式 (5a)和式 (9)得 = 8.526 等 (L4) 从式 (知)和 (14)不难看到 .实际上相当于流体力学上的阻力系数.表示气流通过干 填料床时□□□□,单位体积气体经每米流动距离所产生的能量损失与动能 ÷ 之比的一个倍数□□□□□。 它是代表干填料床流体动力学特性的一个物理量 □□□□□。将 对每一种填料作为常数看待带有一 定的近似性 式 (10)一(14)明确展示了填料因子的影响因素□□□□□□,这些因素可归纳为 以下几类 □□□: (1)填科的几何特性和表面性质 □□□□□□。Billet通过 dA 以及实测C 加以考虑 □□□□; (2)塔径□□、床高□□□□□□、装填方法等的影响□□□□。Billet引入壁因子考虑直径 比d/d的影响□□□□。Kister— GillE在运用其GPDC数据图群时.对塔径和床高对压降的影响有所修正□□□,实际上可看成对 的修正□□□□□。LoboE□“□:研究了装填方法对 了tl的影响□,今天看来也可看成对 的修正□□□□□□。 (3)气体流动雷诺数大小的影响□□□□。在层流区 与流速一次方成反 比□□□□;在阻力平方区 与 R 无关□□□□□□;介于两者之间.关系比较复杂. 与R%呈 0~1次方间的关系□□。我们知道□□□□,流动阻力 可分解为表面摩擦阻力和形体阻力两部分□□,鉴于填料床结构的复杂性 .流道的大小和方 向均 呈随机□□、无规则的变化□□□□,流动常处于紊乱状态□□□□□,故形体阻力占主要地位.一般可超过总阻力的 9O □□□。因此分析阻力变化规律.可借鉴流体绕流颗粒的理论□□□□。Billet则提供了定量式 (1O)□。 4.1 简便方法的可靠性 易于算出□□□,忽略 □、大小对 值的影响带来的相对误差分率为 ( 一 1)□□□,如 一一 1.8□, □“□□□□:2.相对误差为 l5 □□□□; 一 1.8□,□□□□□□“一 0.5.误差为一13 工程计算中当需要更精确的 值时□□□□□□,不妨按式 (7)求得 □□□。 从表 2可以看出□□□□□,对 17种工业上常用的乱堆填料.按本文的计算所得到的 值□□□□□□,与通过 淋降压降测定.再从GPDC上倒求所得 值 (简称倒求法)相比□,两者十分接近□□,平均相差仅 2.4 □□□□□。在 17种填料中.相差绝对值大于 l5 的仅 2种□;在 lO~15 间的有 5种.其余都小 于 l0 □□□。3种陶瓷拉西环的相差较大□□□,各种开孔填料□□□□□、矩鞍的相差较小.但有个别例外□□。 为什么存在上述差别□□,这是一个值得进一步深入探讨的同题 □。但可 以肯定□□□,倒求法的误 差要大于本法 .这是因为□□□□:干压降较淋降压降易于准确测定□□□□;倒求法存在图解求值时的内插 维普资讯 填料 因子的确定方法和物理意义 误差□□□□□□;倒求法所得 值仍然是一个平均值 □□:GPDC有多个版本 □,纵坐标 y的关联数群存在差 别.故同一实验数据 值还随使用版本不同而异□□□。 因此 □□,本法不失为一种合理□、简便□、准确□、可靠的测定填料因子的方法□□□。 4.2 与 口/ 间的关系 式Cl4)揭示了 与 /e问的数量关系□□□□□。 /是一组影响 的重要变量.在数值上两者相 差甚大(见表 2)□,多数填料 /要 比 大得多 □□□。国内有不少文献 .将 d/称之为干填料因子 □□□□□□, 这似乎不妥□□□□□□。因为从概念上讲 a/e是一个几何因素 □;而 尚同气体流动状况密切相关□□□□。 4.3 干填料 因子和湿填料因子 国内有些单位对 随液体喷淋密度的变化.进行 了实验研究□□□□,结论颇不一致.对各种填 料 □□□,既有 随喷淋密度 L的增加而增大的□□;也有相反的变化规律□□□;还有 与L的变化无关的 情况出现□□□□。详见文献[16]表 7现取表 中2l组数据的算术平均值进行考察 □□□□□□,发现即使当L= 100m /m ·h时.湿填料因子(倒求法所得)与干填料因子 (暂指从干压降测定所得)相 比□,平 均差值 尚不到 2 □□□□□□,完全在其测定误差范围之 内□。这个结果同本文表 2中的计算数据是很类 似的□□□□。 [.eva口强调指出□□□,填料因子从于压降求得 □,即使是填料的静持液量□□□□□□,也会引起干压降6.5 ~ 8.5 的误差 国内从淋降压降□□□□□□,倒求 的方法是否合理.值得进一步探讨 □□□。但无论用什么 方法求到的填料因子.指的都是干填料因子□□□□□,或简称填料因子□□。若有干湿之分□□,应是填料装填 方法上的差别.即是干装或湿装 □□□□□□。 因此 □,建议今后对填料因子不必再有干□□、湿之分□□□□□□,统称填料因子为好 □□□。 4.4 压降填料因子和液泛填料因子 有人提出使用液泛填斟因子的理 由是□□□□□□,对于各种填料.若使用各 自的压降填料因子来关 联液泛工况□□□□,则每一种填斟都有一根液泛线 □□□,这就失去了GPDC的通用性 □□□,为了要使用同一 根液泛线来关联所有填料的液泛工况 □□□,故引进了液泛填料因子这一参数□□□□。这种处理方法的优 点是可以根据液泛线.来确定泛点条件下的气□□□□□□、液流量间的关系□□,但泛点压降是无法从图上 确定的□。这一根通用泛点线 □,虽位于所有等压降线之上□□,但绝不意味泛点压降一定高于最上 一 根等 线的压降值 □□□□□□,泛点线的这种处理方法□□□,与早期的GPDC上的泛点线是不同的□□□□。 随着新型填料的开发.关于液泛发生于 却 大于 200mmHO的早期论断早 已打破□□□□□,开孔 填料的液泛压降一般在 100~150mmHO范围□□□□,甚至更低 □□□□□□。原有的GPDC已不能满足关联这 些填料液泛的要求□□□□□□,也许这就是从 1975年开始.Eckett口悄悄地从原 GPDC上删去了液泛 线的原因□□□□。此后.Kister--Gilt□□“作同样处理□□□□,并提 出一个估计液泛压降的经验关联式 □□: 』f一 4.171 (1□□□;) 上式可用于许多填料□□□,其最大误差为土1 □□□□,多数填料的误差仅士l0 □□□□□。进而根据 却 □□□,从 GpDC上相应的等压降线计算泛点速度 □□□□□。 表 2还列出 却□□□□,的实测平均值和按式(15)的计算值 □□□□□。可见.除拉西环等少数几种填料 外 □□□,式 (15)有很大的可靠性□□□,能满足工业上对液泛压降的预测要求□。u乐国际。 这样□□□□□,工程上再没有必要引入液泛填斟因子这一物理量□□□□,在填料塔的计算 中.只使用一 个填料因子 .问题变得十分简明□□□□□□。 维普资讯 高 校 化 学 I 程 学 报 5 结 论 1.推荐使用式 (8)计算填料因子 值 □□;当需要更准确计算时 □□□,则按式 (7)□□。 2.填料因子相当于单位填料床高度的阻力系数□□□,是表征干床流体动力学特性的一个物 理量□,其影响因素从式 (14)分析□□□□□□。 r 3.□□。/ 与填料因子有不同的含义□□□□□,建议不要将 / 称为干填料因子□□。 4.将填料因子区分为干填料因子和湿填料因子是不合适的□□□□。 5.推荐用 Kister--Gill经验关联式 (15)计算液泛压降.建议不再使用液泛填料因子这一 术语 □□□□□□。 符 号 说 明 一 填料床t匕表面积□□□□,m□□,m 一每米高度捱点压降.mmH20/m 一 填料床璧因子 Reo 一气体雷诺披 c. 一与干填料几何特性和表面性质有关的常数 一 空塔气体建度.m . 一 填料名义直径□□□□□,IT/ x 一相对流动因子 一 塔 内径□□□□,m Y 一流动能力因子 □□□□□, 一空塔动能因子wni-专s一-kg-告 e 一填料床空辣辜 m·□□’/m□□□。 一 千填料床范宁摩攘 因子 一藏体粘度tCP 一 重力加速度will/s2 一气体运动粘度 ·m G 一气体通_Igill□□□。/m□□□□□:□□,h 一气体密度tkg/m□□□。 K 一常数□□□,从干压阵线上求得 一藏体密度□□□□□□,kg/m□□□。 £ 一液体喷淋密度□□□□□,m□□□□□□。/m}·h 一水的密度□□□□,kg/m□□□□□□。 一 指数□□□□,从干压阵线上求得 一填科因子 tm叫 J 一每米高度千填料床压降□□□□□,mmH□□□:O/m 参 考 文 献 LevaM .w rm M.GtI】Il】∞n .P01I血 t M□□□□□,S时 cIIH H. 1991□,Bttllctin 904□□□□□,US BL嘲 uofMi埘 □□□□□□,W酬 畔 bm - 【 Bd时 tJs.c m E.『gP~olpr.1961-97(9)#79~79 天j.大学化学工程教研室 化学工程□□□,1977tB(1)=1O~20 古林化学工业公司研究随 化学工程 ·1977·B(1)□□□□□;81~33 浙江化工学随.化掌工程-1978·7(1)□;1~13 兰州化工机械研究所二皇培嚣组 化学工程□□□,1979-8(3)□□:7~. 81 石油化学工业部第六设计院-化学工程-1976·5(3)·18~32 n【 vM a lem ETl摹n □□□□□□,1998□□□□□,88(1)□□:69~72 孛阿挪 .事■薏-麦奉靠 -肯叠棒 化学工程□□□□,1984□□□,1a(4)·37~42 吉林化学工业公司研宄院.化学工程 ·1979-8(3)□□□□□;20~36 浙江化工掌院化工原理教研组.化学工程 -1柏 ·8【3)□□;肥~89 天j.大学化学工程教研塞传质科研组.化学工程 -1 -8【3)□□□□: ~42 维普资讯 填料 因子的确定方法和物理意义 33l BlIletR .Seht0t~ Chem EngTechno1.1目g1□□□□□□,14□□□:89~ SS q H Z□□□□□□、GillD R Ch曲 b BP□。Br.1991□,87(2)□□:32~ 42 Lobew E .FrOndK .Hasha~]lF.ZⅡzF T… AICkE □□□□□□,1945 ·41□□□:693 化学工业部第走设计硫 .化学工程 □□□□,1979.B(3)=13~25 EckertJS a lem EngP唯 □□,1975□□□,82 【4)□□□□:70— 76 Determ iningMethodand PhysicalM eaningofthePackingFactor Dong Yiren (DepartmentofChemicalEngineering□,ZhejiangUniversityofTechnology) A lR ACl A sim pleandconvenientmethod fordeterminingthe packingfactor proposed□□,Thephysi- calmeaning ofthepa ckingfactorhasbe enexplored□,Itisrecognized thatitisim properto introd uce thewet—packingfactorandhteflooding—packingfactor.Kister—GillSexperimentalcorrelationmay berecommended ot calculatethepressuredropofpackingbedsforthehome—madepackingsatflood- ingpoint. Key words□□:Packing factor□□,Packing□□□,Packedcolumn□□,Pressuredrop□□□□,Pr essuredrop at flooding point

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