劉　靜，王世忠，齊　亮，姚克儉（浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，浙江　杭州　310014）

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齒邊導(dǎo)向浮閥塔板局部氣含率的研究

劉靜，王世忠，齊亮，姚克儉
（浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，浙江杭州310014）

摘要：自制雙探頭電導(dǎo)探針，并用該電導(dǎo)探針在內(nèi)徑300 mm×400 mm的矩形有機(jī)玻璃塔內(nèi)，以空氣-水為物系，對(duì)塔板的局部氣含率進(jìn)行了測(cè)試，研究齒邊導(dǎo)向浮閥的結(jié)構(gòu)對(duì)塔板局部氣含率的影響。結(jié)果表明：齒邊導(dǎo)向浮閥塔板的導(dǎo)向孔對(duì)增大塔板底部的氣含率有著重要作用；齒邊導(dǎo)向浮閥周邊齒形的結(jié)構(gòu)使得浮閥周邊氣含率的分布呈現(xiàn)齒形狀；齒邊導(dǎo)向浮閥的齒邊結(jié)構(gòu)使得浮閥閥面上的氣含率增大。

關(guān)鍵詞：齒邊導(dǎo)向浮閥塔板；雙探頭電導(dǎo)探針；局部氣含率

浮閥塔板因具有效率高、操作彈性大及生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)，在化工生產(chǎn)中得到較為廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的F1型浮閥屬于圓盤形浮閥，長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：圓盤形浮閥在操作工況中易出現(xiàn)閥片磨損、卡死、脫落等現(xiàn)象；而且該類型浮閥對(duì)液體不具有導(dǎo)向作用，液體返混較嚴(yán)重，液面梯度大[1]。

基于圓盤形浮閥的不足，條形導(dǎo)向浮閥引起研究者的關(guān)注，國(guó)內(nèi)相繼出現(xiàn)不同類型的條形導(dǎo)向浮閥[2-6]。塔板上液相為連續(xù)相，氣相為分散相，氣相經(jīng)過浮閥以氣泡形式進(jìn)入液層中，將大氣泡轉(zhuǎn)變?yōu)樾馀?，可以增加氣液兩相的接觸面積[7-8]。結(jié)合條形導(dǎo)向浮閥的優(yōu)點(diǎn)，改善氣相的分散狀況，浙江工業(yè)大學(xué)開發(fā)了齒邊導(dǎo)向浮閥塔板[9]。局部氣含率是描述塔內(nèi)氣液兩相傳遞特性的一個(gè)重要參數(shù)，關(guān)系到塔板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此研究局部氣含率的分布對(duì)于齒邊導(dǎo)向浮閥塔板的性能研究、結(jié)構(gòu)改善具有重要的理論指導(dǎo)作用。

目前，關(guān)于塔板上氣含率分布的測(cè)量方法主要有干涉法、毛細(xì)管光電法、攝像法和電導(dǎo)法等[10]。電導(dǎo)法響應(yīng)速度快，便于與計(jì)算機(jī)連接；并且由于電導(dǎo)探針體積較小，幾乎不影響流場(chǎng)[11]。因此，用電導(dǎo)探針測(cè)量氣含率分布是一種比較可靠的方法[12-13]。本文自制雙探頭電導(dǎo)探針，并以空氣-水為介質(zhì)，測(cè)定了齒邊導(dǎo)向浮閥塔板的局部氣含率，探討齒邊導(dǎo)向浮閥的結(jié)構(gòu)對(duì)塔板上局部氣含率的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1齒邊導(dǎo)向浮閥的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

齒邊導(dǎo)向浮閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。齒邊導(dǎo)向浮閥采用條形浮閥的樣式，齒邊向下折，與浮閥的閥面的角度大概成30度，浮閥的閥面上設(shè)有箭形凹槽，在浮閥的背液閥腿上開有導(dǎo)向孔。

圖1　齒邊導(dǎo)向浮閥的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of flow-guided serrated valve

閥面周邊的齒形向下彎曲，會(huì)形成立體狀浮閥側(cè)孔，從下層塔板來(lái)的氣體被分割成若干股，使得塔板上的鼓泡均勻細(xì)化，提高了氣液兩相的接觸面積。閥面上的箭形凹槽可以引導(dǎo)氣體折轉(zhuǎn)進(jìn)入上層塔板的液層，減小氣體通過浮閥的阻力。閥腿導(dǎo)向孔吹出的氣體，能夠推動(dòng)塔板面上的液體向前流動(dòng)，減小了塔板的液面梯度。

1.2局部氣含率實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，實(shí)驗(yàn)在內(nèi)徑為300 mm ×400 mm，板間距為400 mm的矩形有機(jī)玻璃塔中進(jìn)行，以空氣-水為物系，塔內(nèi)安裝2層塔板，上層為測(cè)試板，下層是氣體分布板。空氣由離心式風(fēng)機(jī)產(chǎn)生，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后從塔底進(jìn)入塔內(nèi)，水由實(shí)驗(yàn)塔的上部加入，塔內(nèi)不設(shè)降液管，實(shí)驗(yàn)測(cè)量一定清液層高度下的齒邊導(dǎo)向浮閥局部氣含率，塔板上的清液層高度由與塔板相連的液位計(jì)監(jiān)測(cè)。

圖2　局部氣含率實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.2 Experimental set-up of local gas holdup

實(shí)驗(yàn)主要對(duì)齒邊導(dǎo)向浮閥的背液閥腿上導(dǎo)向孔的作用以及浮閥邊緣齒邊對(duì)氣相的分割作用進(jìn)行研究。因此，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了三種浮閥塔板上局部氣含率的分布，三種浮閥為：齒邊導(dǎo)向浮閥（圖1）、無(wú)導(dǎo)向孔的齒邊浮閥（圖3（a））、將齒邊改為折邊的導(dǎo)向浮閥（圖3（b））。實(shí)驗(yàn)中只改變導(dǎo)向孔及折邊的設(shè)計(jì)，其他均保持不變，塔板上浮閥的排布方式也不改變。

圖3　實(shí)驗(yàn)所用浮閥結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of experimental valves

1.3測(cè)試方法

參照文獻(xiàn)14自制雙探頭電導(dǎo)探針。實(shí)驗(yàn)中選用電源電壓為8 V的直流電源，數(shù)據(jù)采集卡采集頻率為500 Hz，每次采樣時(shí)間t=120 s，共采集N=61000個(gè)數(shù)據(jù)，輸出信號(hào)示意如圖4所示。對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，選擇一個(gè)電壓閾值ΔE，大于該值的電壓信號(hào)可以認(rèn)為是探針處于氣相中。統(tǒng)計(jì)任一點(diǎn)信號(hào)值中高電平信號(hào)的個(gè)數(shù)N1，則該點(diǎn)的時(shí)均氣含率ε為:

圖4　實(shí)驗(yàn)得到的輸出信號(hào)示意Fig.4 The output signals from the experiment

1.4局部氣含率測(cè)試

為了考察導(dǎo)向孔的作用，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了板上清液層高度為30 mm，閥孔動(dòng)能因子F0分別7.14 （m/s）（kg/m3）0.5和8.34（m/s）（kg/m3）0.5時(shí)，圖1與圖3（a）兩種結(jié)構(gòu)浮閥的局部氣含率。測(cè)試點(diǎn)分布如圖5（a）所示。導(dǎo)向孔測(cè)試A區(qū)域共有45個(gè)測(cè)試點(diǎn)，分布在以導(dǎo)向孔為中線的兩側(cè)，測(cè)試點(diǎn)左右及上下間距均為5 mm，測(cè)試位置距塔板軸向高度H為5 mm。

為研究不同塔板軸向高度下，齒邊結(jié)構(gòu)對(duì)局部氣含率的影響，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了板上清液層高度為30 mm，F(xiàn)0為8.34（m/s）（kg/m3）0.5時(shí)，軸向高度H分別為20、30、40、50、60和70 mm的局部氣含率。圖5（b）表示的是齒邊導(dǎo)向浮閥齒邊附近局部氣含率的測(cè)試點(diǎn)分布圖，測(cè)試點(diǎn)上下間距10 mm、左右間距5 mm，測(cè)試區(qū)域B共有35個(gè)測(cè)試點(diǎn)。另外，在相同清液層高度與閥孔動(dòng)能因子下，軸向高度H為20 mm時(shí)，對(duì)圖3（b）中折邊導(dǎo)向浮閥的局部氣含率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試區(qū)域和圖5（b）相同。

圖5　局部氣含率測(cè)試點(diǎn)示意圖Fig.5 Measuring points of local gas holdup

2　結(jié)果與討論

2.1導(dǎo)向孔對(duì)局部氣含率分布的影響

圖6表示的是不同F(xiàn)0下，板上清液層高度30 mm、H=5 mm時(shí)，無(wú)導(dǎo)向孔的齒邊浮閥閥腿附近局部氣含率分布的等高線圖。從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)導(dǎo)向孔時(shí)，不同閥孔動(dòng)能因子下閥腿附近的氣含率均很低，該區(qū)域的氣液流動(dòng)較平緩，存在傳質(zhì)死區(qū)，不利于氣液兩相的接觸傳質(zhì)。對(duì)比圖6中（a）、（b）發(fā)現(xiàn)，增大氣相速度并不能明顯改善背液閥腿區(qū)域氣液兩相的分布狀況。增大氣相速度雖然可以提高塔板上氣液的湍流強(qiáng)度，但是對(duì)于條形浮閥，由于閥腿具有一定寬度，使氣體不能向四周噴出，閥腿附近區(qū)域并不能通過提高氣相的速度來(lái)改善氣液兩相的流動(dòng)狀況。

圖6　無(wú)導(dǎo)向孔時(shí)局部氣含率分布圖Fig.6 The distribution of local gas holdup without the guide hole

閥腿上開設(shè)導(dǎo)向孔，氣相從導(dǎo)向孔噴出，與液相流動(dòng)方向一致，可以避免因氣液流動(dòng)方向相反而產(chǎn)生大量的霧沫夾帶，同時(shí)從導(dǎo)向孔流出的氣體對(duì)液相有一定的推動(dòng)作用，有效減少塔板上的返混現(xiàn)象，增大塔板底部的局部氣含率。圖7表示的是H=5 mm、清液層高度為30 mm、F0為7.14（m/s）（kg/m3）0.5時(shí)，齒邊導(dǎo)向浮閥閥腿附近局部氣含率分布的等高線圖。對(duì)比圖6（a）可見，有導(dǎo)向孔時(shí)閥腿附近的局部氣含率明顯增大，導(dǎo)向孔對(duì)塔板底部氣含率的分布有了很大的改善。

圖7　有導(dǎo)向孔時(shí)局部氣含率分布圖（H=5 mm）Fig.7 The distribution of local gas holdup with the guide hole（H=5 mm）

2.2齒邊結(jié)構(gòu)對(duì)局部氣含率分布的影響

圖8表示的是清液層高度30 mm、F0為8.34 （m/s）（kg/m3）0.5時(shí)，不同塔板軸向高度H的齒邊導(dǎo)向浮閥B區(qū)域氣含率分布的等高線圖。由圖8可知，浮閥邊緣氣含率的分布類似于齒邊的形狀。測(cè)試點(diǎn)中d行位于閥面的邊線，局部氣含率分布存在明顯的差異，位于齒邊上的氣含率比較低，位于兩齒之間的齒縫時(shí)氣含率較高。e行位于閥面的中心線上，其局部氣含率的分布也類似于d行，這是因?yàn)辇X縫噴出的氣體有一部分流向了浮閥的閥面上，增大了浮閥閥面上的氣含率，使得閥面不再與普通條形浮閥相同。

圖8　不同軸向高度齒邊導(dǎo)向浮閥的局部氣含率分布圖Fig.8 The distribution of local gas holdup of flow-guided serrated valve

圖8中等高線間距均為0.06，對(duì)比兩圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著塔板軸向高度H的增加，齒邊導(dǎo)向浮閥的齒形結(jié)構(gòu)對(duì)氣含率分布的影響越來(lái)越小。這是因?yàn)殡S著H的增加，氣相流動(dòng)行為受浮閥的影響越來(lái)越?。欢掖藭r(shí)測(cè)試點(diǎn)已位于泡沫層中，氣體在泡沫層中的分布已趨于均勻，塔板面上的氣含率都比較接近。

基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)相同清液層高度及閥孔動(dòng)能因子下，軸向高度H為20 mm時(shí)，無(wú)齒邊的折邊導(dǎo)向浮閥（圖3（b））局部氣含率進(jìn)行測(cè)定。圖9表示折邊導(dǎo)向浮閥局部氣含率分布的等高線圖。由圖9可知，橫向上氣含率的分布與齒邊導(dǎo)向浮閥的不同，橫向上氣含率分布比較均勻，縱向上氣含率差值較大，分布不均勻；閥面上方的氣含率較低，氣液接觸狀況較差，可能會(huì)有傳質(zhì)死區(qū)。這是因?yàn)辇X形邊對(duì)氣體有分割作用，且齒邊與齒縫的結(jié)合可以形成立體的浮閥側(cè)孔，增大液層的氣含率。

圖9　無(wú)齒邊時(shí)局部氣含率分布圖Fig.9 The distribution of local gas holdup without serrated edge

3　結(jié)論

（1）齒邊導(dǎo)向浮閥的導(dǎo)向孔對(duì)塔板底部氣含率的分布有重要影響，增大了底部氣含率，能夠有效地改善閥腿附近的傳質(zhì)死區(qū)；

（2）齒邊導(dǎo)向浮閥的齒邊結(jié)構(gòu)對(duì)浮閥周邊的氣含率有較大影響，齒邊結(jié)構(gòu)能夠增大閥面上的氣含率，增加塔板面上氣含率分布的均勻性。同時(shí)齒邊也使得浮閥附近區(qū)域的氣含率分布類似于齒形分布。

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澳大利亞擬批準(zhǔn)住友化學(xué)的殺菌劑Prolectus

澳大利亞農(nóng)藥和獸藥管理局（APVMA）近日建議批準(zhǔn)登記住友化學(xué)的殺菌劑Prolectus（活性成分：胺苯吡菌酮）。該殺菌劑將登記用于防治食用及釀酒葡萄上的灰霉?。˙otrytis cinerea）。公眾評(píng)議期為2016年1月12日至2016年2月9日。胺苯吡菌酮由住友化學(xué)研發(fā)，對(duì)葡萄孢屬病菌、菌核病和鏈核盤菌屬病有高效防治作用。胺苯吡菌酮于2012年獲歐盟批準(zhǔn)，并于年底推出Prolectus產(chǎn)品。

(來(lái)源：http://cn.agropages.com/News/NewsDetail——11135.htm)

分析測(cè)試

Experimental Research on Local Gas Holdup in Flow-guided Serrated Valve Tray

LIU Jing，WANG Shi-zhong，QI Liang，YAO Ke-jian （College of Chemical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

Abstract:Local gas holdup was measured by the self-made double-sensor conductivity probe in order to investigate the influence of the structure of flow-guided serrated valve on local gas holdup distributions on a tray. The experiment was carried out with an air-water in a rectangular organic glass column with an inner diameter of 300 mm×400 mm. Research shows that the guide hole play an important role in improving the distribution of local gas holdup at the bottom of the tray，the characteristic of local gas holdup distribution near the flow-guided serrated valve was the tooth shape due to the structure of valve. Moreover，the serrate structure can also increase the local gas holdup on the top of valve.

Keywords:flow-guided serrated valve tray; double-sensor conductivity probe; local gas holdup

作者簡(jiǎn)介：劉靜（1988—），男，碩士生，主要研究方向?yàn)閭髻|(zhì)與分離。E-mail:liujzj2012@163.com。

收稿日期：2015-05-13

文章編號(hào)：1006-4184（2016）1-0040-05