王新成，孫國(guó)剛，王曉晗，張玉明，李首壯

(中國(guó)石油大學(xué) 過(guò)程裝備實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

?

文氏棒噴淋塔的流體力學(xué)性能

王新成，孫國(guó)剛，王曉晗，張玉明，李首壯

(中國(guó)石油大學(xué) 過(guò)程裝備實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

通過(guò)冷模實(shí)驗(yàn)研究了文氏棒層噴淋塔的流體力學(xué)特性，測(cè)量了不同空隙率文氏棒層的干板壓降、濕板壓降、泡沫層高度等數(shù)據(jù)，以及文氏棒層上的流動(dòng)區(qū)域演化規(guī)律，考察了氣、液操作參數(shù)和文氏棒結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)壓降的影響，并進(jìn)一步分析擬合得到了文氏棒塔干板壓降、濕板壓降、泡沫層高度和攔液點(diǎn)與濺液點(diǎn)氣速的計(jì)算關(guān)聯(lián)式。結(jié)果表明，文氏棒塔的濕板壓降特性曲線包含潤(rùn)濕區(qū)、泡沫區(qū)和濺沫區(qū)3個(gè)區(qū)域；比穿流柵板塔及篩板塔的阻力更低、操作彈性范圍更寬；擬合的文氏棒塔流體力學(xué)特性關(guān)聯(lián)式計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)吻合較好，優(yōu)于文獻(xiàn)中相關(guān)的關(guān)聯(lián)式，可為棒層空隙率30%以下的文氏棒塔設(shè)計(jì)參考。

文氏棒塔；流體力學(xué)；氣速；壓降；空隙率

文氏棒噴淋塔是在傳統(tǒng)噴淋空塔內(nèi)添加一層或多層文氏棒層而構(gòu)成[1-3]，因氣體經(jīng)過(guò)圓形截面棒間漸縮漸擴(kuò)通道而產(chǎn)生的文丘里過(guò)流效應(yīng)而得名。當(dāng)操作的液/氣比適宜時(shí)，氣體以較高的速率通過(guò)棒縫，托舉下落的液體，在棒層上方建立起氣-液泡沫薄層，從而在傳統(tǒng)噴淋空塔的“氣包液”傳質(zhì)過(guò)程中增加一“液包氣”的鼓泡傳質(zhì)層，可顯著提高氣、液接觸與傳質(zhì)效率；同時(shí)，由于氣、液通過(guò)棒層時(shí)的高速湍動(dòng)流動(dòng)，對(duì)棒層產(chǎn)生良好的自清潔作用，能夠較好地抑制結(jié)垢與堵塞，可廣泛應(yīng)用于氣體吸收、凈化、煙氣脫硫除塵等許多場(chǎng)合[4-7]。

目前有關(guān)文氏棒塔流體力學(xué)特性的研究很少。前人關(guān)于穿流柵板塔[8-9]和篩板塔[10-11]等類似塔型的研究與經(jīng)驗(yàn)公式可為文氏棒塔流體力學(xué)特性描述提供參考，但并不能完全用于文氏棒塔的預(yù)測(cè)計(jì)算，因?yàn)樗械木唧w氣、液接觸元件結(jié)構(gòu)有些不同，文氏棒塔中棒層采用圓形截面的棒或管構(gòu)成，顯然流動(dòng)阻力更低，操作域更寬。筆者建立了文氏棒塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)定文氏棒塔壓降等流體力學(xué)性能，總結(jié)文氏棒的壓降、攔液點(diǎn)和濺液點(diǎn)氣速等計(jì)算關(guān)聯(lián)式，為認(rèn)識(shí)文氏棒塔的流體動(dòng)力學(xué)特性提供基礎(chǔ)。

1　文氏棒噴淋塔實(shí)驗(yàn)裝置

文氏棒噴淋塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，包括供氣系統(tǒng)、噴淋除霧系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)等部分。塔內(nèi)徑為286 mm，塔高3000 mm，文氏棒層位于進(jìn)氣口之上400 mm處。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了5個(gè)不同尺寸的文氏棒層，其空隙率即棒縫處最小截面積之和與棒層面積比值列于表1。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為空氣、水。進(jìn)氣管直徑為110 mm，采用LPT-03-300型皮托管3測(cè)量進(jìn)氣氣速，再將所測(cè)氣速換算為進(jìn)塔的氣量。采用U形管4測(cè)量全塔壓降，采用斜壓差計(jì)8測(cè)量文氏棒層壓降。測(cè)量壓降時(shí)，對(duì)測(cè)壓面均勻布置4個(gè)測(cè)壓點(diǎn)以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，棒層壓降測(cè)量精度為2.6 Pa，整塔壓降測(cè)量精度為9.8 Pa。采用體積膨脹法-快速照相技術(shù)測(cè)定泡沫層高度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用多次測(cè)量的平均值。

圖1　文氏棒噴淋塔實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

Serialnumberb/mmd/mmε/%1#2819.42#31022.63#31219.44#31615.25#41619.4

2　結(jié)果與討論

2.1文氏棒噴淋塔的流體力學(xué)性能

文氏棒噴淋塔的流體力學(xué)性能是指在不同操作氣速、噴淋密度和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，文氏棒塔的操作負(fù)荷范圍、棒層壓降、氣-液接觸狀態(tài)等性能。

圖2為2#文氏棒層在不同噴淋密度下的棒層壓降(Δp)隨塔截面氣速vg的變化。由圖2可見，Δp隨vg的變化狀態(tài)呈現(xiàn)3個(gè)區(qū)域，即Ⅰ潤(rùn)濕區(qū)、Ⅱ泡沫區(qū)、Ⅲ濺沫區(qū)。潤(rùn)濕區(qū)的特點(diǎn)是氣速較小，棒層上存液很少，覆蓋不住棒縫，氣、液兩相交替通過(guò)棒縫，氣、液為膜式接觸。隨著vg增大，開始有少量液體覆蓋在棒層上，形成液層，同時(shí)在塔內(nèi)伴有周期性的聲響，并且壓差計(jì)讀數(shù)突增(圖2中曲線A點(diǎn))，一般將這個(gè)點(diǎn)定義為“攔液點(diǎn)”。當(dāng)vg進(jìn)一步增大，棒層上面開始出現(xiàn)液層，由此進(jìn)入泡沫區(qū)Ⅱ。泡沫區(qū)可分為清液區(qū)(下層)和泡沫區(qū)(上層)兩個(gè)區(qū)域。泡沫區(qū)是一個(gè)漸變的過(guò)程，剛進(jìn)入泡沫區(qū)時(shí)，氣體鼓泡穿過(guò)清液層，泡沫層高度較?。浑S著vg增加，泡沫層高度增加，清液層減少，直至B點(diǎn)，這時(shí)棒層上全部轉(zhuǎn)化為泡沫層。若繼續(xù)增加氣速，棒層上的泡沫層則會(huì)呈現(xiàn)周期性的擺動(dòng)，還會(huì)出現(xiàn)“霧沫夾帶”的現(xiàn)象，氣-液傳質(zhì)不穩(wěn)定，此時(shí)屬于濺沫區(qū)Ⅲ，而B點(diǎn)則稱為濺液點(diǎn)。攔液點(diǎn)、濺液點(diǎn)氣速均為塔截面的表觀氣速，二者的比值定義為塔的氣相負(fù)荷彈性系數(shù)f，可表征文氏棒塔穩(wěn)定操作范圍的大小。如圖2中，噴淋密度Lp=3.11 m3/(m2·h)時(shí)，攔液點(diǎn)氣速和濺液點(diǎn)氣速分別為2.85 m/s、0.96 m/s，則f為2.97，說(shuō)明2#棒層在此液量下濺液點(diǎn)氣速為攔液點(diǎn)氣速的2.97倍。

圖2　2#文氏棒層壓降隨塔截面氣速vg的變化

由圖2可見，文氏棒塔的壓降與穿流柵板和篩板的壓降[8-9,12-13]有相似的變化過(guò)程。但由于文氏棒層由圓截面的棒或管排構(gòu)成，與普通柵板、篩板塔相比，文氏棒塔具有較小的流體阻力和較大的操作負(fù)荷，尤其在高氣速下，文氏棒塔的低壓損性就更為顯著，傳質(zhì)效率高且穩(wěn)定。

噴淋密度、棒層空隙率、棒縫寬度對(duì)文氏棒層壓降、攔液點(diǎn)和濺液點(diǎn)氣速、氣相負(fù)荷彈性系數(shù)f等都有影響。實(shí)驗(yàn)表明，噴淋密度增大、空隙率減小或棒縫寬度減小都使棒層壓降增大、攔液點(diǎn)和濺液點(diǎn)氣速減小。如，2#文氏棒塔在噴淋密度從3.11 m3/(m2·h)增加到7.79 m3/(m2·h)時(shí)，泡沫區(qū)壓降大約升高60 Pa；空隙率由15.2%降到22.6%，泡沫區(qū)壓降約降低100 Pa；棒縫寬度由2 mm 增大到4 mm，泡沫區(qū)壓降則降低約70 Pa，攔液點(diǎn)氣速降低0.21～0.48 m/s，濺液點(diǎn)氣速降低0.43～0.46 m/s。噴淋密度、空隙率對(duì)塔的氣相負(fù)荷彈性系數(shù)f影響不顯著，一般約為3～4，但棒縫寬增大，f有所減小。

2.2文氏棒噴淋塔干板壓降

針對(duì)穿流柵板或篩板干板阻力系數(shù)的研究已有報(bào)道。黃文瀛等[14]提出了一個(gè)平均干板阻力系數(shù)。萬(wàn)邵琥等[15]提出了大自由截面(空隙率ε=30%～60%)的干板阻力系數(shù)計(jì)算方法，但不適用于ε小于30%的小自由截面塔的計(jì)算。高國(guó)華等[16]數(shù)值模擬不同開孔方式的篩板，討論了開孔方式對(duì)干板阻力的影響。由于文氏棒層的文丘里過(guò)流效應(yīng)與穿流柵板或篩板有所不同，上述所涉及的關(guān)聯(lián)式不能直接用于計(jì)算文氏棒塔干板壓降，需要尋找合適的關(guān)聯(lián)式。

由流體力學(xué)原理，干板壓降可用式(1)計(jì)算[17]。

(1)

依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并考慮干板流體阻力是由文氏棒層自由截面氣體的摩擦阻力與棒縫處氣流的壓縮和擴(kuò)大的局部摩擦阻力構(gòu)成，得出文氏棒塔干板阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式如式(2)所示。

(2)

式(2)的擬合相關(guān)系數(shù)為0.97，實(shí)驗(yàn)值與擬合值誤差在12%以內(nèi)。由式(2)可知，在空隙率ε<30%的范圍內(nèi)，干板阻力系數(shù)隨氣體雷諾數(shù)Res和空隙率ε的增加而增加，Res正比于文氏棒層的棒縫值，棒縫的變化同時(shí)影響過(guò)縫氣速，則Res受棒縫尺寸與過(guò)縫氣速共同作用，即干板阻力系數(shù)取決于文氏棒的空隙率和棒縫尺寸。

2.3文氏棒噴淋塔濕板壓降

2.3.1泡沫區(qū)壓降

在潤(rùn)濕區(qū)，氣、液膜式接觸，傳質(zhì)面積較?。粴馑俪^(guò)濺液點(diǎn)后，雖然氣、液湍動(dòng)劇烈，但是在塔內(nèi)豎直方向會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的逆向混合，氣、液接觸很不穩(wěn)定，霧沫夾帶較大。所以，泡沫區(qū)是文氏棒噴淋塔的理想操作區(qū)，泡沫區(qū)壓降是理論研究和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中最主要的參數(shù)。黃文瀛等[14]證實(shí)，Cym-шиk公式可以用于大自由截面穿流柵板的濕板壓降計(jì)算。馮樸蓀等[13]提出了管柵的壓降計(jì)算公式。于鴻壽等[18]對(duì)大孔篩板的壓降、漏液點(diǎn)氣速、泡沫層高度進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的測(cè)定，提出了一套關(guān)聯(lián)式。采用Cym-шиk公式[14]和管柵壓降計(jì)算公式[13]計(jì)算得到的文氏棒噴淋塔泡沫區(qū)濕板壓降和實(shí)驗(yàn)值示于圖3。由圖3可見，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與管柵壓降計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果有較大誤差，與Cym-шиk公式計(jì)算結(jié)果比較接近，但誤差也在13%～74%之間?？梢娝鼈儾⒉贿m用于文氏棒塔的壓降計(jì)算。

圖3　不同關(guān)聯(lián)式計(jì)算得到的文氏棒噴淋塔泡沫區(qū)濕板壓降和實(shí)驗(yàn)值

泡沫區(qū)壓降(Δpb)包括干板阻力、由液體表面張力引起的阻力和泡沫層阻力3部分組成，如式(3)所示。

Δpb=Δpc+Δpσ+Δpw

(3)

式(3)中，由液體表面張力造成的阻力Δpσ可按拉普拉斯方程式(4)[17]求解；泡沫層阻力Δpw與液體黏度、表面張力等物性有關(guān)[17]，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出關(guān)聯(lián)式(5)，其中的AT可由式(6)計(jì)算，由此得到泡沫區(qū)壓降計(jì)算式(7)。

(4)

(5)

(6)

(7)

由式(7)計(jì)算得到的文氏棒噴淋塔泡沫區(qū)濕板壓降也示于圖3。由此可見，該計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值比較接近。

2.3.2濺沫區(qū)壓降

文氏棒噴淋塔濺沫區(qū)的氣、液湍動(dòng)劇烈[19]，故其壓降不能按照泡沫區(qū)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參照泡沫層阻力擬合方法，擬合得出濺沫區(qū)的壓降關(guān)聯(lián)式(8)。其中的AS可由式(9)計(jì)算。

(8)

(9)

式(8)的擬合相關(guān)系數(shù)為0.98，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值誤差在13%以內(nèi)，因此，可以用來(lái)預(yù)測(cè)濺沫區(qū)的壓降。

2.4文氏棒噴淋塔泡沫層高度

泡沫層高度的大小直接影響傳質(zhì)效率的高低[20]，是氣液傳質(zhì)效率的表征量，而且對(duì)于安裝多層文氏棒層的塔來(lái)說(shuō)，泡沫層高度也是確定合理文氏棒層間距的重要依據(jù)。

圖4　4#文氏棒噴淋塔泡沫層高度隨塔截面氣速vg的變化

圖4為4#文氏棒塔泡沫層高度隨塔截面氣速vg的變化。由實(shí)測(cè)的泡沫層高度擬合出泡沫層高度關(guān)聯(lián)式(10)。

(10)

式(10)的擬合相關(guān)系數(shù)為0.97，可以較準(zhǔn)確地回歸本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由式(10)可知，泡沫層高度與泡沫層壓降間存在一定的依賴關(guān)系，由此還可得到泡沫層的密度計(jì)算式(11)。

(11)

2.5文氏棒噴淋塔攔液點(diǎn)與濺液點(diǎn)氣速

泡沫區(qū)是文氏棒噴淋塔適宜的穩(wěn)定操作區(qū)域[21]，因此泡沫區(qū)的攔液點(diǎn)和濺液點(diǎn)氣速計(jì)算對(duì)于文氏棒塔的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作均十分重要。

依實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合文氏棒塔的攔液點(diǎn)與濺液點(diǎn)氣速的計(jì)算式如式(12)和(13)所示。

(12)

(13)

lnY=-4X+ln2.26

(14)

lnY=-4X+ln13.23

(15)

圖5為攔液點(diǎn)和濺液點(diǎn)氣速預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值比較。由圖5可知，攔液點(diǎn)和濺液點(diǎn)氣速公式很好地預(yù)測(cè)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖5　文氏棒塔攔液點(diǎn)氣速(vu)和濺液點(diǎn)氣速(vl)預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值比較

3　結(jié)　論

(1)文氏棒噴淋塔的流體力學(xué)特性和穿流柵板塔、篩板塔相似，隨操作氣速、噴淋密度變化，呈現(xiàn)潤(rùn)濕區(qū)、泡沫區(qū)和濺沫區(qū)3個(gè)區(qū)域；但文氏棒塔的阻力低、操作彈性范圍寬。

(2)除操作氣速、噴淋密度外，文氏棒層的空隙率、棒縫寬度對(duì)文氏棒塔的壓降、流域演化也有重要影響，文氏棒空隙率越小，棒縫越小，彈性系數(shù)f越大。

(3)依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得出了文氏棒塔干板阻力系數(shù)、泡沫區(qū)壓降、濺沫區(qū)壓降、泡沫層高度、攔液點(diǎn)氣速和濺液點(diǎn)等計(jì)算式，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性較好，可為空隙率小于30%的文氏棒塔計(jì)算提供參考。

符號(hào)說(shuō)明：

AS、AT——濺沫區(qū)、泡沫層壓降系數(shù)；

b——棒縫，mm；

D——文氏棒棒層直徑，mm；

d——棒徑，mm；

de——棒縫當(dāng)量直徑，mm；

f——?dú)庀嘭?fù)荷彈性系數(shù)；

G——?dú)庀噘|(zhì)量流量，kg/h；

g——重力加速度，m/s2；

h——泡沫層高度，m；

L——液相質(zhì)量流量，kg/h；

Lp——噴淋密度，m3/(m2·h)；

Δp——濕板壓降，Pa；

Δpb、ΔpS——泡沫區(qū)、濺沫區(qū)壓降，Pa；

Δpc、Δpw、Δpσ——分別為干板、泡沫層、由表面張力引起的壓降，Pa；

Reg、Res——塔截面、棒縫處氣體雷諾數(shù)；

vg、vs——塔截面、棒縫處氣速，m/s；

vu、vl——攔液點(diǎn)、濺液點(diǎn)氣速，m/s；

X、Y——基本初等函數(shù)變量；

ε——空隙率，%；

μl、μB——液相和20℃水的黏度，Pa·s；

ξ——干板阻力系數(shù)；

ρg、ρl、ρw——?dú)庀?、液相、泡沫層密度，kg/m3；

σl、σB—— 液相和20℃水的表面張力，N/m。

[1]孫國(guó)剛,張玉明,黃學(xué)峰,等.一種雙循環(huán)文氏棒塔煙氣除塵脫硫系統(tǒng):CN,103908879A[P].2014-07-09.

[2]孫國(guó)剛,張玉明,朱喆,等.一種非均勻棒距的文丘里棒層:CN,103908855A[P].2014-07-09.

[3]王振元,程振民,于坤.氣-液分流式分布器的流體力學(xué)性能[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工),2013,29(6):1023-1029.(WANG Zhenyuan,CHENG Zhenmin,YU Kun.Hydrodynamic performance of a gas-liquid separated flow distributor[J].Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing Section),2013,29(6):1023-1029.)

[4]SUN Zhongwei,WANG Shengwei,ZHOU Qulan,et al.Experimental study on desulfurization efficiency and gas-liquid mass transfer in a new liquid-screen desulfurization system[J].Applied Energy,2010,87(5):1505-1512.

[5]陳常蕊,孫國(guó)剛.氣液逆噴洗滌器除塵性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].化學(xué)工程，2009,37(6):40-43.(CHEN Changrui,SUN Guogang.Experimental study on dust removal performance of gas-liquid reverse spraying scrubber[J].Chemical Engineering,2009,37(6):40-43.)

[6]潘利祥,孫國(guó)剛.液柱脫硫塔壓力特性研究[J].化學(xué)工程,2006,34(6):12-16.(PAN Lixiang,SUN Guogang.Pressure characteristics of liquid-column tower for flue gas desulfurization[J].Chemical Engineering,2006,34(6):12-16.)

[7]孫國(guó)剛,王曉晗,王新成,等.煙氣脫硫除塵的新解決方案——文氏棒塔洗滌技術(shù)[J].煉油技術(shù)與工程,2015,45(4):20-23.(SUN Guogang,WANG Xiaohan,WANG Xincheng,et al.New solution to FCC flue gas desulfurization & dust removal—Venturi-rod tower scrubbing[J].Petroleum Refinery Engineering,2015,45(4):20-23.)

[8]方維藩.柵板塔及多孔板塔極限氣速的計(jì)算[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1966,(1):54-62.(FANG Weifan.Grid tower and perforated plate tower limit gas velocity calculation[J].Journal of Henan Normal University (Natural Science Edition),1966,(1):54-62.)

[9]趙文凱,匡國(guó)柱,于士君.穿流柵板塔冷模實(shí)驗(yàn)[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(3):356-360.(ZHAO Wenkai,KUANG Guozhu,YU Shijun.Cold mold experiment for turbogrid tray tower[J].Journal of Shenyang University of Technology,2008,30(3):356-360.)

[10]朱慎林,葉桂芹,柯佳雄,等.大孔篩板萃取塔上中傳質(zhì)過(guò)程的研究[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工),1992,(1):78-85.(ZHU Shenlin,YE Guiqin,KE Jiaxiong,et al.A study on mass transfer in sieve-plate extraction column[J].Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing Section),1992,(1):78-85.)

[11]葉春珍,高翔,駱仲泱,等.無(wú)溢流篩板塔煙氣脫硫的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程,1999,19(6):494-497.(YE Chunzhen,GAO Xiang,LUO Zhongyang,et al.Experimental research on sieve tower FGD technology[J].Power Engineering,1999,19(6):494-497.)

[12]吳鶴峰,卜廣琳.管柵塔板的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能初試[J].化學(xué)工程,1986,(1):16-24.(WU Hefeng,BU Guanglin.Pipe grid tower hydrodynamics and mass transfer performance of the first test[J].Chemical Engineering,1986,(1):16-24.)

[13]馮樸蓀,張盛慶,張?jiān)?等.無(wú)溢流式管狀柵板塔的流體力學(xué)與傳熱性能[J].大連工學(xué)院學(xué)刊,1959,(9):33-45.(FENG Pusun,ZHANG Shengqing,ZHANG Shi,et al.Fluid mechanics and heat transfer performance without overflow tubular grid tower[J].Journal of Dalian University of Technology,1959,(9):33-45.)

[14]黃文瀛,萬(wàn)邵琥.大自由截面穿流柵板的流體力學(xué)性能[J].化學(xué)工程,1985,(4):12-16.(HUANG Wenying,WAN Shaohu.Hydrodynamic performance of turbogrid with large free area[J].Chemical Engineering,1985,(4):12-16.)

[15]萬(wàn)邵琥,黃文瀛.大自由截面穿流柵板的干板阻力計(jì)算[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào),1986,8(3):31-35.(WAN Shaohu,HUANG Wenying.Calculation of dry-plate resistance turbogrid with large free area[J].Journal of Nanchang University,1986,8(3):31-35.)

[16]高國(guó)華,李鑫鋼,陳建民,等.不同開孔方式的大孔篩板干板壓降研究[J].現(xiàn)代化工,2010,30(增刊1):1-5.(GAO Guohua,LI Xin′gang,CHEN Jianmin,et al.Investigation on dry plate pressure drop of sieve plate with big holes opening in different ways[J].Modern Chemical Industry,2010,30(Suppl 1):1-5.)

[17]時(shí)鈞.化學(xué)工程手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996:14-51.

[18]于鴻壽,張滿潮,蕭成基.大孔篩板流體力學(xué)性能研究[J].化工學(xué)報(bào),1984,(4):344-356.(YU Hongshou,ZHANG Manchao,XIAO Chengji.Hydrodynamics of large-holed sieve trays[J].Journal Chemical Industry and Engineering,1984,(4):344-356.)

[19]葉詠恒,史季芬,周亞夫.塔板上操作工況的過(guò)渡和霧沫夾帶轉(zhuǎn)變點(diǎn)[J].化工學(xué)報(bào),1981,(4):367-372.(YE Yongheng,SHI Jifen,ZHOU Yafu.Flow regime transition on perforated tray and turning point of entrainment rate[J].Journal Chemical Industry and Engineering,1981,(4):367-372.)

[20]范利颋,何劍波,袁希鋼,等.小孔篩板上清液層高度的測(cè)量與計(jì)算[J].現(xiàn)代化工,2008,28(增刊1):33-36.(FAN Liting,HE Jianbo,YUAN Xigang,et al.Measurement and calculation of clear liquid height on the small-perforated sieve tray[J].Modern Chemical Industry,2008,28(Suppl 1):33-36.)

[21]尚智,蘇光輝,賈斗南.篩板上從泡沫工況向噴射工況轉(zhuǎn)變氣速的計(jì)算模型[J].化工學(xué)報(bào),1999,50(3):428-431.(SHANG Zhi,SU Guanghui,JIA Dounan.Calculation model of gas velocity of transition from froth to spray regime on sieve tray[J].Journal Chemical Industry and Engineering,1999,50(3):428-431.)

Hydrodynamics of a Venturi-Rod Spray Tower

WANG Xincheng，SUN Guogang，WANG Xiaohan，ZHANG Yuming，LI Shouzhuang

(Laboratory of Processing Equipment,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

The hydrodynamic characteristics of a Venturi-rod spray tower were investigated by cold experiments.The dry plate pressure drop,wet plate pressure drop and froth height of the spray tower with the Venturi-rod deck of different voidages were measured and the evolution of the gas-liquid flow pattern on the tray was determined.Correlations for dry plate pressure drop,wet plate pressure drop,froth height,bubble gas velocity and flooding gas velocity were developed according to the experiments.The results showed that the wet plate pressure drop was characterized by three zones,named wetting zone,bubble zone and flooding zone.And Venturi-rod tower possessed lower flow resistance and wider operating range than grid tray tower and sieve tray tower.The calculations of the proposed correlations were in a good agreement with experiments,which was better than those correlations provided in literatures,and thus could provide a reference for the design of Venturi-rod tower with the voidage of 30% or less.

Venturi-rod tower；hydrodynamics；gas velocity；pressure drop；voidage

2015-08-04

中國(guó)石化股份公司科技開發(fā)項(xiàng)目(109119)資助

王新成，男，碩士研究生，從事煙氣脫硫方面的研究；E-mail：wxc20130121@163.com

孫國(guó)剛，男，教授，博士，從事氣-固分離及流態(tài)化工程方面的研究；Tel：010-89739182；E-mail：ggsunbj@163.com

1001-8719(2016)05-1062-06

TQ051.1

Adoi:10.3969/j.issn.1001-8719.2016.05.026