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易起泡物系及其消泡构件的研究

作　者: 周滢
导　师: 俞晓梅
学　校: 浙江工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 易起泡物系气泡平均直径泡沫层高度消泡构件板波填料
分类号: TQ02
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

在实际工业生产中有一些物系属于易起泡物系，如碳酸钾溶液吸收二氧化碳、轻烃系统脱甲烷等，它会给工业生产带来一系列问题，如降低生产能力，雾沫夹带严重，塔内出现提前拦液和液泛现象，破坏塔内的正常生产。随着生产规模的扩大，对该问题日益关注。目前在工业生产中及工程设计中亦采取一些措施，如添加消泡剂等。但所有这些手段都较为被动，有些还会带来负面效应。本论文旨在采用新的思路并通过实验得到新的机械消泡方法，要求该方法能将易起泡物系过高的泡沫层降低，以减少或避免添加消泡剂。为观察气泡在塔板液层内的运动情况，并调试测量仪器，首先在200×300mm的透明有机玻璃矩形塔中，以空气—水为物系，对塔板上只开单孔的情况做了预实验，测量了在400l／h的液量，不同气量下，气体在液层中形成的气泡团大小、气泡团内气泡的直径及气含率等参数。在上述预实验的基础上，正式实验在200×70mm的透明有机玻璃矩形塔中进行，塔板上的液体无横向流动，空气—5％碳酸钾溶液为实验易起泡物系，空气—水为参照物系，测量了易起泡物系和空气—水物系的泡沫层高度，气泡直径，气含率等参数。在完成上述实验之后，测试了不同消泡构件对降低易起泡物系泡沫层高度的效果。实验结果表明： 1、采用摄像及图像分析仪对空气—水物系进行了单孔鼓泡的研究，发现在孔径为7mm～13mm，孔动能因子F₀为1.15（m／s）（kg／m³）^1／2～25（m／s）（kg／m³）^1／2时，气体穿孔鼓泡进入液层后，并不以单个气泡存在，而是以气泡团的形式存在。研究结果得到了气泡团大小与孔动能因子和孔径的定量关系： D₁=7.87507×（F₀）^-0.5-0.00576×d^2.5+3.06707×（F₀）^0.2×d^0.9 2、易起泡物系的泡沫层结构特点是大致以距实验塔板70mm高度为转折点，70mm以上的泡沫层波动较剧烈，气泡较大而且疏松，且大小不均匀，不稳定；70mm以下的泡沫层中气泡较小且较为均匀，排列致密。 3、通过实验，成功地找到了在塔板上设置机械构件来实现消泡的有效方法。这种消泡方法比目前实际工业生产中采用的诸如添加消泡剂等措施更为经济合溃江工业大纱硕士纱位论文 — — 理，易于实现。 4、对同一种实验工况而言(包括同样的气量、液量、消泡构件在同一位置等人对比在塔板上设置板波填料、丝网填料或百叶窗挡板等构件的消泡效果。卜这三种消泡构件降低泡沫层高度的效果依次为：板波填料与丝网填料相近，都优于百叶窗挡板。考虑到板波填料的价格远低于丝网填料，因此，工程上建议采用板波填料做消泡构件。

全文目录

第一章前言  10-11
第二章文献综述  11-31
  2．1 易起泡物系热钾碱脱碳概述  11-14
    2．1．1 易起泡物系的发泡原因  11-12
    2．1．2 易起泡物系在生产中带来的危害  12-13
    2．1．3 对易起泡物系采取的措施  13-14
  2．2 气液两相流动  14-31
    2．2．1 气液两相流的研究方法  14-15
    2．2．2 两相流中的流动模型  15-16
    2．2．3 筛板上的气液两相流动  16-20
      2．2．3．1 塔板上气液两相流的接触状态  16-19
      2．2．3．2 气液泡沫层的物理性质  19-20
      2．2．3．3 筛板的泡沫层高度和清液层高度  20
    2．2．4 气泡行为的研究  20-25
      2．2．4．1 关于气泡的实验研究成果  20-23
      2．2．4．2 关于气泡的理论研究成果  23-25
    2．2．5 塔内两相流研究中的测试方法  25-31
      2．2．5．1 压降、清液层高、泡沫层高等的测试  25-26
      2．2．5．2 气液两相流密度的测试  26-28
      2．2．5．3 气泡和液滴的大小及其分布以及气泡和液滴界面的测试  28-31
第三章实验装置及内容  31-50
  3．1 单孔鼓泡气泡团大小的测试实验  31-36
    3．1．1 实验装置  31-32
    3．1．2 实验步骤和实验内容  32-33
      3．1．2．1 测试步骤  32
      3．1．2．2 实验内容  32-33
    3．1．3 测试仪器  33-36
      3．1．3．1 气体流量的测量  33
      3．1．3．2 单孔鼓泡气泡团大小的测量  33
      3．1．3．3 液体流量的测量  33
      3．1．3．4 气泡直径的测量  33-36
  3．2 选择易起泡物系实验  36-38
    3．2．1 实验装置  36
    3．2．2 实验步骤和内容  36-38
      3．2．2．1 实验物系的选取  36-37
      3．2．2．2 实验物系浓度的选取  37-38
  3．3 未加消泡构件时空气—水物系和空气—5％碳酸钾溶液气泡直径的测试实验  38-42
    3．3．1 实验装置  38
    3．3．2 实验步骤和内容  38-40
      3．3．2．1 测试步骤  39-40
      3．3．2．2 实验内容  40
    3．3．3 测试仪器  40-42
      3．3．3．1 清液层高度的测量  40-41
      3．3．3．2 气体流量的测量  41
      3．3．3．3 气泡直径的测量  41-42
  3．4 泡沫层高度和加了消泡构件之后气泡直径的测试实验  42-46
    3．4．1 实验装置  42-43
    3．4．2 实验步骤和内容  43-44
      3．4．2．1 实验步骤  43-44
      3．4．2．2 实验内容  44
    3．4．3 测试仪器  44-46
      3．4．3．1 气体流量的测量  44
      3．4．3．2 清液层高度的测量  44-45
      3．4．3．3 泡沫层高度的测量  45
      3．4．3．4 气泡直径的测量  45-46
  3．5 采用照相法对加与未加消泡构件进行对比实验  46-48
    3．5．1 实验装置  46
    3．5．2 实验步骤和内容  46-48
      3．5．2．1 实验步骤  47
      3．5．2．2 实验内容  47-48
  3．6 实验数据处理  48-50
    3．6．1 单孔鼓泡气泡团大小的测试实验数据处理  48
    3．6．2 易起泡物系气泡直径测试实验数据处理  48
    3．6．3 泡沫层高度测试实验数据处理  48-49
    3．6．4 加与未加消泡构件实验处理  49-50
第四章实验结果与分析讨论  50-76
  4．1 单孔鼓泡气泡团的大小  50-56
    4．1．1 单孔鼓泡的气泡团形状分析  50-51
    4．1．2 气泡团尺寸与孔动能因子与孔径的关联  51-54
    4．1．3 气泡团内气泡个数的计算  54-56
  4．2 易起泡物系的筛选  56-57
  4．3 易起泡物系气泡直径的测试  57-60
    4．3．1 距塔板某一确定位置处两种物系气泡直径对比  57-58
    4．3．2 气泡大小在沿Z方向的变化  58-60
  4．4 空气—水物系和空气—5％碳酸钾溶液的泡沫层高度及液含率的比较  60-62
    4．4．1 两种物系泡沫层高度的比较  60-61
    4．4．2 平均液含率的比较  61-62
  4．5 对易起泡物系消泡构件的消泡功能比较测试  62-75
    4．5．1 对易起泡物系消泡构件的选择  62-64
    4．5．2 同一种消泡构件放在塔板上的位置对泡沫层高度的影响  64-71
    4．5．3 不同的消泡构件在同一种工况下对降低泡沫层高度效果的比较  71-75
  结论  75-76
第五章存在问题及今后打算  76-77
致谢  77-78
符号说明  78-80
参考文献  80-84
攻读硕士学位期间发表论文情况  84

易起泡物系及其消泡构件的研究

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