喷射状态下筛板塔操作的雾沫夹带现象

喷射状态下筛板塔操作的雾沫夹带现象亨利·Z·克尔斯特，W·范·平则瓦斯尔，克里斯托弗·J·D·费尔新南威尔士大学化工学院工业化学系，澳大利亚，肯辛顿州，2033在喷射操作状态下，通过建立某种关系式我们可以在筛板塔中对水—空气物系所具有的雾沫夹带速率进行预测。这一相关性使得塔板上的液体持液量作为可依据的关联参数，并在广义范围内与塔板参数和气液载荷建立关联。同时这一关联式亦可用于解释某些系统的物理特性效果，并能用于对雾沫夹带速率进行预测。在有限的有效实验数据下，对于雾沫夹带的预测方法还可用于除空气—水之外的二元物系。在这种情况下，此种关联式的建立对塔设计者在研究喷射状态下的雾沫夹带速率有重要使用价值。引言由于在塔压降及全塔效率方面所具有的潜在副作用，在吸收塔或精馏塔操作中塔板上的雾沫夹带现象一度成为许多化工类研究的主题（研究者包括：1955年亨特等；1955年琼斯和派欧等；1960年弗兰德等；1961年范温克等；1969年雷米克斯和斯克提等；1975年品泽维斯基等；1976年托马斯和欧博家等；以及1979年萨卡塔和亚娜基等）。大多数的研究均使用了空气—水系统，而关于这一系统的研究数据直到现在仍然存在，但当中很少有数据可用于空气—水系统之外的二元物系。科学工作者们针对塔板设计参数，气液载荷以及物系的物理特性方面做了许多的工作，并将大量雾沫夹带速率的数据与它们进行关联。而最终得出的关联式结果均无法成功地在所有的实验条件中通用。上述的研究工作中，很重要的一点在于，在构筑雾沫夹带与气液接触的相关性时他们没有将塔板上的流动相态考虑在内。最近研究发现，塔操作中雾沫夹带的情况取决于塔板上流体的流动状态。在工业生产中塔板上两种最常见的气液流动方式为泡沫（液态连续）和喷射（气态连续），对于这两种不同的流动，雾沫夹带的机理也不同。在泡沫流动情况下，雾沫夹带的产生主要是由于液膜的突然破裂形成的泡沫，而在喷射状态下雾沫夹带的产生机理为液体在塔板上的雾化。由于雾沫夹带在不同气液接触情况下生成的机理不同，因此一种关联式是不大可能适用于两种不同的流动相态的，同时由鼓泡态流动所研究出的关联式是不大可能适用于喷射态情况下的。当气液接触状态由鼓泡转向喷射的标准用于工业生产的筛板塔时，我们发现大部分的常压或减压精馏塔的气液流动均呈喷射流。这是由于气体高流速的使用所致。而与之相反的是，大部分的雾沫夹带的数据均由小试实验装置在鼓泡状态下所获得。建立在这些数据上的雾沫夹带关联式显然无法给喷射状态下的工业实际情况提供精准的预测结果。因此我们有必要针对喷射流建立一个雾沫夹带关联式，尤其是在中低压情况下，雾沫夹带往往成为生产力的重要限制因素，此时关联式的建立尤为重要。