1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　日處理10000噸冷海水吸收塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 化學(xué)工程

2、與工藝 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　目錄</b><

3、;/p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p><b>　　英文摘要II</b></p><p><b>　　1. 前言1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)背景1</p><p>　　1.2熱法海水淡化方法分析1</p

4、><p>　　1.2.1多級(jí)閃蒸(MSF)1</p><p>　　1.2.2多效閃蒸(MED)1</p><p>　　1.2.3 多級(jí)閃蒸（MSF）和多效閃蒸（MED）的比較2</p><p>　　1.3填料塔直接換熱2</p><p>　　1.4 填料塔的流體力學(xué)性能3</p><p>

5、<b>　　1.5總結(jié)4</b></p><p><b>　　2．填料塔設(shè)計(jì)5</b></p><p>　　2.1 填料塔的計(jì)算方法5</p><p>　　2.2填料的類型6</p><p>　　2.3填料塔設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.3.1設(shè)計(jì)方案的確定7&

6、lt;/p><p>　　2.3.2填料塔高度和塔徑的計(jì)算8</p><p>　　2.3.3填料塔附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)10</p><p><b>　　2.4裝置圖11</b></p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)改進(jìn)12</b></p><p>　　3.1超重力技術(shù)12<

7、;/p><p>　　3.2旋轉(zhuǎn)床工作原理12</p><p>　　3.3設(shè)計(jì)改進(jìn)13</p><p>　　3.4填料塔和旋轉(zhuǎn)床的比較16</p><p><b>　　4.結(jié)論17</b></p><p>　　5.符號(hào)說明表18</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)19

8、</p><p><b>　　致 謝20</b></p><p>　　日處理10000噸冷海水吸收塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘要] 冷海水吸收塔的設(shè)計(jì)，是用熱法海水淡化過程的一個(gè)組成部分。熱法的最主要的一個(gè)問題就是熱量的回收利用，本文就是針對(duì)這個(gè)問題，利用吸收塔對(duì)海水淡化的熱量回收進(jìn)行計(jì)算，研究塔高度和熱效率的關(guān)系。本文通過焓差法

9、計(jì)算填料層高度，在填料塔中取一微元高度，對(duì)微元高度內(nèi)的氣體和液體進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)分析，再進(jìn)行積分，就能計(jì)算出填料塔的高度和直徑。本文通過對(duì)高度為1米，直徑為85毫米的填料塔進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)出計(jì)算時(shí)所需的填料塔的傳質(zhì)和傳熱系數(shù)，然后再根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)中選用的填料為QH-1扁環(huán)形填料，此填料具有較好的傳質(zhì)性能。并且對(duì)填料塔的附件也進(jìn)行了選取，如液體分布器，再分布器，支承板等進(jìn)行了選型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算出來的填料塔高度并不理想，所需的填

10、料塔高度較高，所需的換熱成本太高，并不合算。在本文最后，設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)床對(duì)海水淡化過程進(jìn)行改進(jìn)，再通過填料塔與旋轉(zhuǎn)床的比較得出旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)和傳熱效果比填料塔的要好。我們今后的實(shí)驗(yàn)也將采用旋轉(zhuǎn)床作為換熱裝置。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 填料；塔高；傳熱效率；傳質(zhì)效率；旋轉(zhuǎn)床</p><p>　　The design of the absorption tower with 10000 tons

11、 cold water processing per day</p><p>　　[Abstract] The issue of the design is dealing with 10,000 tons of cold water at the absorber design is the use of a thermal desalination applications. It is a applicat

12、ion of the thermal. The major problem of thermal is the heat recycling. To address this problem, this article calculate the heat recovery of the seawater desalination with the column tower, and study the relationship of

13、the thermal efficiency of the tower and its height. It calculated the height of the packing layer by enthalpy dif</p><p>　　Because of the data of the height is unpredicted, the height of the packed column is

14、 too high, the cost of the packed column is very high, and it is not worthwhile to build it. So we improve the device, choose the copper plate to be a device. In the text, we simulated it simply, and compare the differen

15、ce between the packed tower and the copper plate. </p><p>　　Key words：filler the height of the tower heat; transfer coefficient; transfer Coefficient rotating bed </p><p><b>　　1. 前言</b

16、></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　21世紀(jì), 水資源問題已經(jīng)成為困擾世界各國社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的一個(gè)最主要的制約因素。目前世界大約有80多個(gè)國家和地區(qū)嚴(yán)重缺水, 占了地球陸地面積的60%, 20億人得不到安全的用水,有15億人缺少飲用水。雖然地球上70.8%的面積被水覆蓋, 但其中97.5%的水是海水, 不能被直接利用,

17、而在其余的2.5%淡水中, 可被利用的淡水資源僅僅占地球總水量的0.26%。</p><p>　　到現(xiàn)在為止常用的缺水解決方案有地下取水、遠(yuǎn)程調(diào)水、建造水庫等, 但是長期使用這些方法造成了水資源枯竭、地面下沉、破壞生態(tài)、浪費(fèi)土地等許多弊端, 而且都屬于淡水存量的調(diào)整, 不能從根本上解決淡水危機(jī)。還有雨水的收集與利用、廢水的回用和加強(qiáng)水資源的立法管理等措施也可以緩解部分地區(qū)的淡水短缺問題。然而,海水淡化作為一種開辟

18、新水源的相對(duì)比較成熟的技術(shù), 已經(jīng)成為世界上公認(rèn)的解決缺水的問題的最佳方案[1]。</p><p>　　1.2熱法海水淡化方法分析</p><p>　　用填料塔作為換熱器處理冷海水是熱法海水淡化的一種應(yīng)用。</p><p>　　熱法海水淡化技術(shù)非常多, 最常見的蒸餾方法有多效蒸餾、多級(jí)閃蒸和蒸汽壓縮等一系列技術(shù)[2]。</p><p>　　1

19、.2.1多級(jí)閃蒸(MSF)</p><p>　　多級(jí)閃蒸是一個(gè)利用閃蒸原理對(duì)海水進(jìn)行淡化的工藝過程，于20世紀(jì)60年代初成熟，是現(xiàn)在最常用的海水淡化技術(shù)的一種，多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù)的原理是將原來的海水加熱到一定溫度后引入到閃蒸室中, 由于閃蒸室中的壓力比進(jìn)入的海水的飽和蒸汽壓低，所以熱海水進(jìn)入到閃蒸室后馬上就有部分汽化,變成淡水, 而海水本身的溫度也隨著汽化而下降,汽化部分就是我們所需要的淡水了[3]。多級(jí)閃蒸就

20、是根據(jù)這個(gè)原理,設(shè)計(jì)了多個(gè)閃蒸室,每個(gè)閃蒸室的壓力都比前一個(gè)低,這樣海水依次通過這幾個(gè)閃蒸室,在每個(gè)閃蒸室中都有部分海水氣化形成淡水,這樣就可以使汽化的淡水增加 [4]。</p><p>　　1.2.2多效閃蒸(MED)</p><p>　　多效閃蒸的原理是：在第一效反應(yīng)中，海水由蒸發(fā)器上面的噴嘴在管束的外表面噴淋而出。鹽水從一排管子向更低一排的管子落下，在每一根管子上都形成降膜。加熱的蒸

21、汽通過管內(nèi)的時(shí)候，溫度稍微高一點(diǎn)的蒸汽在管內(nèi)凝結(jié)，而鹽水就在管外蒸發(fā)形成二次蒸汽[5]。前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)的蒸汽作為下一個(gè)蒸發(fā)器的熱源，并凝結(jié)成淡水，以此類推，蒸發(fā)和凝結(jié)過程重復(fù)進(jìn)行。在多效閃蒸過程中，蒸發(fā)器按照系列式進(jìn)行布置，以確保熱水蒸發(fā)側(cè)的壓力可以成功地維持在一個(gè)較低的值。在一個(gè)蒸發(fā)器中凝結(jié)蒸汽成倍的增加，是多效蒸發(fā)過程的標(biāo)志[6]。</p><p>　　1.2.3 多級(jí)閃蒸（MSF）和多效閃蒸（MED）的比

22、較</p><p>　　多級(jí)閃蒸技術(shù)已經(jīng)非常成熟，單臺(tái)規(guī)模較大，使用壽命較長，出水品質(zhì)較好，換熱效率較高；但是投資規(guī)模較大，比較適合嚴(yán)重缺水的地區(qū)應(yīng)用，和電廠聯(lián)合成水電聯(lián)產(chǎn)會(huì)更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。多效閃蒸的運(yùn)行較穩(wěn)定可靠，維護(hù)費(fèi)用也較低廉，耗電量較小，淡化水水質(zhì)較高，適用于電廠水電聯(lián)產(chǎn)；但是單臺(tái)規(guī)模較小，投資較大[7]。目前熱法海水淡化制取的淡水成本還較高，其中能源和設(shè)備的成本是最關(guān)鍵的。目前淡化能力投資成本（以單位水

23、量計(jì)）一般低于7000元/噸。運(yùn)行成本方面，蒸餾法主要有蒸汽費(fèi)用、電力費(fèi)用等。由于成本過高，所以需要采取組合技術(shù)降低成本。用熱法進(jìn)行海水淡化關(guān)鍵是熱量的利用率，所以設(shè)計(jì)一個(gè)好的換熱器是解決海水淡化問題一條出路。</p><p>　　1.3填料塔直接換熱</p><p>　　常見的換熱器有直接接觸式、蓄熱式、間壁式三種。蓄熱式和間壁式是間接換熱,直接接觸與間接接觸相比,具有腐蝕較小、沒有結(jié)垢

24、、換熱效率較高、傳熱溫差較小等優(yōu)點(diǎn), 它已經(jīng)在海水淡化、地?zé)崂?、空調(diào)等方面得到了廣泛的應(yīng)用, 目前隨著直接接觸式換熱在蓄冷方面應(yīng)用研究的深入, 這種較新型的換熱方式必定會(huì)在蓄冷方面得到廣泛的應(yīng)用, 目前直接接觸換熱最大的兩個(gè)障礙就是兩種工質(zhì)的分離和潤滑油的分離[8]。</p><p>　　直接接觸式換熱器是一種兩種流體通過直接混合實(shí)現(xiàn)熱量交換的換熱器。在工藝上，在 允許氣液兩種流體互相混合的情況下，這是一種比較

25、方便和有效的方法，而且它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。所以選擇直接接觸式換熱比較適合。本實(shí)驗(yàn)就是利用空氣和冷海水直接混合進(jìn)行換熱。</p><p>　　填料塔是直接接觸換熱的一種常見的應(yīng)用。填料塔最早出現(xiàn)在十九世紀(jì)中期，1881年被應(yīng)用于精餾操作。填料塔的塔體橫截面形狀有圓形，矩形和多邊形等等，但是絕大部分都是圓形的。塔體的材料種類也很多，有碳鋼，聚氯乙烯，不銹鋼，玻璃鋼等等。塔內(nèi)堆積著填料。填料的種類也很多，用來制造填料的材

26、料有碳鋼、陶瓷、不銹鋼、聚丙烯等。由于填料和塔體的取材面很廣，所以很容易解決物料腐蝕的問題。填料在填料塔操作中起著非常重要的作用。液體潤濕的填料表面使氣液接觸面積大大增加，填料層的多孔性不僅僅促使氣流均勻的分布，而且促進(jìn)了氣相的湍動(dòng)程度。</p><p>　　直接接觸式換熱是一個(gè)兩種介質(zhì)直接接觸進(jìn)行換熱的過程, 兩種介質(zhì)可以是相同的, 也可以是不同的[9]。利用水和空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換來實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)冷卻技術(shù)和冷卻干燥技術(shù)

27、在很多領(lǐng)域都得到應(yīng)用。特別是最近年幾年隨著環(huán)境保護(hù)和節(jié)能要求的不斷提高, 這種冷卻技術(shù)也越來越受到重視并且有快速發(fā)展的勢(shì)頭[10]。事實(shí)上直接接觸式換熱很早就已經(jīng)應(yīng)用在我們的生產(chǎn)、生活的許多方面了, 比如冷卻塔、分餾、海水淡化等等, 并且參加換熱的兩種介質(zhì)可以是固體、液體或者是氣體。</p><p>　　和表面式熱交換器相比較, 直接接觸式換熱器具有較多的優(yōu)點(diǎn), 但是也存在一些比較明顯的缺點(diǎn)，例如如由于兩種介質(zhì)是

28、直接接觸的, 就要求它們互不相溶, 否則就會(huì)引起污染, 另外也要求兩種介質(zhì)處于相同的壓力下, 這可能會(huì)導(dǎo)致投資的增加。而本設(shè)計(jì)的條件都符合直接接觸的要求,本設(shè)計(jì)的直接換熱效果比間接換熱效果好。</p><p>　　直接換熱的過程其實(shí)就是增濕減濕的過程。天津大學(xué)化工學(xué)院丁濤、王世昌等人就利用直接熱藕合增濕-去濕海水淡化過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。直接熱耦合增濕- 去濕海水淡化能夠利用太陽能等低位熱能，特別適合應(yīng)用于缺水島嶼

29、和內(nèi)陸偏遠(yuǎn)地區(qū)。</p><p>　　直接熱耦合增濕- 去濕海水淡化裝置與豎管降膜蒸發(fā)器比較類似，常常采用管殼式的裝置結(jié)構(gòu)，殼程作為冷凝側(cè)，管程作為蒸發(fā)側(cè)。經(jīng)過加熱的海水沿著管束向下流動(dòng)，流動(dòng)過程中海水呈現(xiàn)膜狀，并且是沿著管內(nèi)壁向下流動(dòng)的，而常溫下的空氣是從管束的底端進(jìn)入到管束內(nèi)，從下向上和海水進(jìn)行逆流接觸并且換熱?？諝鈳е鴱暮Ｋ姓舭l(fā)出來的蒸汽從管束的頂端流出后,被引入到淡化柱的殼程中,蒸汽從上相下流動(dòng),在這個(gè)

30、過程中,由于溫度的逐漸降低，空氣中所攜帶的蒸汽就被冷凝成淡水。在這同時(shí)冷凝熱就通過管壁傳遞到蒸發(fā)側(cè)，以增加海水蒸發(fā)所需的熱量。在空氣從管程流向殼程的過程中，常常會(huì)加入一定量的蒸汽，用來提高冷凝側(cè)的溫度，從而使管壁兩側(cè)出現(xiàn)溫差。這就是TCHD過程熱-質(zhì)傳遞的數(shù)學(xué)模型。這篇文章在熱-質(zhì)傳遞的數(shù)學(xué)模型上發(fā)展了非飽和條件下數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了增濕-去濕過程蒸發(fā)側(cè)的氣液相之間傳熱系數(shù)和冷凝側(cè)和蒸發(fā)側(cè)之間總傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式，并且通過數(shù)值模擬

31、研究了TCHD海水淡化柱內(nèi)的溫度、濕度、不凝氣含量與總傳熱系數(shù)的分布情況，并且討論了海水頂部溫度變化對(duì)不凝氣含量、濕度和總傳熱系數(shù)的影響。從模型中可以看出，提高海水的頂部溫度，對(duì)海水</p><p>　　填料塔的傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)是影響換熱的最主要原因。在氣體和液體直接接觸的增濕和減濕過程中, 在兩相界面的附近,氣相和液相之間的熱量和質(zhì)量的傳遞同時(shí)發(fā)生。當(dāng)液相是水時(shí), 傳熱和傳質(zhì)阻力都集中在氣膜里; 在相界面上,

32、 氣相和液相之間不存在溫度差并且達(dá)到氣液平衡時(shí), 一般可以認(rèn)為，相界面上的溫度和液相水的主體溫度相近似, 相界面上的濕含量為該溫度下水的飽和濕含量[12]。傳質(zhì)計(jì)算的方法是根據(jù)相對(duì)應(yīng)的流體力學(xué)中得出的，壓降的提高、持液量等預(yù)測(cè)精度的提高,都可以使傳質(zhì)模型更加精確。傳質(zhì)性能計(jì)算的準(zhǔn)確性和有效比表面積的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)存在直接的關(guān)系。因?yàn)閭髻|(zhì)性能和氣液相分布均勻程度、材質(zhì)潤濕程度、填料比表面積的凹凸程度、填料的形狀和幾何尺寸、氣液兩相的物性參數(shù)、填

33、料塔的操作條件等等很多因素有關(guān), 有效比表面積的計(jì)算非常復(fù)雜, 它沒有絕對(duì)的公式，不能按照公式進(jìn)行計(jì)算，沒有純粹的理論模型，只能根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取出來，而要得到經(jīng)驗(yàn)值，就要做大量的實(shí)驗(yàn)，并且要在不同的操作情況下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)量非常的龐大，所以比表面積的精確度到目前還是比較不精確的。填料塔內(nèi)的傳質(zhì)效率好壞還和填料塔中氣液分布的均勻</p><p>　　1.4 填料塔的流體力學(xué)性能</p>

34、;<p>　　填料塔的流體力學(xué)性能主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛、填料層表面的潤濕及返混等。</p><p>　　持液量是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，用（m3液體）/（m3填料）表示。填料層的持液量在一定范圍里,對(duì)填料塔操作的穩(wěn)定性和傳質(zhì)是有利的，這樣可以使氣液兩相在填料塔內(nèi)的接觸時(shí)間延長，氣液兩相在填料中可以進(jìn)行充分換熱。而當(dāng)液體流量太大時(shí)，液體向下流動(dòng)就不

35、受氣流的影響，填料表面覆蓋的液膜厚度基本保持不變，從而填料層的持液量不變。當(dāng)持液量太大，就會(huì)減少填料之間的空隙和氣相流通截面，使壓力降增大，處理能力下降。壓力降增大，對(duì)設(shè)備的要求也會(huì)隨之升高。而當(dāng)氣速增大到一定程度后，氣體就會(huì)對(duì)液膜流動(dòng)產(chǎn)生阻滯作用，使液膜厚度增大，填料層的持液量隨著氣速的增加而增大，這個(gè)就是攔液現(xiàn)象。</p><p>　　在泛點(diǎn)氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相就由連續(xù)相變?yōu)榉?/p>

36、散相，這時(shí)氣體就呈氣泡形式通過液層，氣流出現(xiàn)脈動(dòng)，由于氣體流速過快，帶著液體往上流動(dòng)，液體就被氣體帶出填料塔，這使得填料塔的操作變得很不穩(wěn)定，甚至有可能破壞填料塔。</p><p>　　填料塔中兩相之間的傳質(zhì)過程是在不斷更新的液膜上完成的，而液膜的形成主要是取決于氣液比，要形成良好的液膜，就必須使填料得到充分的潤濕，液膜的好壞與噴淋密度和液體分布器有關(guān)，液體分布器的噴淋密度越大，噴淋效果則越好。如果噴淋密度過小，

37、就會(huì)導(dǎo)致液體不能充分分散開來，從而形成大股的液流，液流沿著填料往下流動(dòng)，使氣液兩相的接觸面積減小。而且經(jīng)過液體分布器的噴淋，液體往下流動(dòng)了一段距離后，就可能會(huì)沿著填料塔的壁面直接往下流動(dòng)，從而產(chǎn)生了壁面效應(yīng)。這樣就大大降低了換熱的效果。所以到了一定的高度后，最好設(shè)計(jì)再分布器，使液體再次均勻分布開來。</p><p>　　在填料塔中，氣液兩相的流動(dòng)并不是理想的逆流，氣液兩相在流動(dòng)過程中還存在返混現(xiàn)象。返混出現(xiàn)的原因

38、非常多，有氣液分布不夠均勻，氣液產(chǎn)生溝流現(xiàn)象，大部分的液體沿著壁面向下流動(dòng)等。返混現(xiàn)象的出現(xiàn)，會(huì)使填料塔的傳質(zhì)性能降低，傳質(zhì)效果變差，從而傳熱效果也會(huì)隨之變差。</p><p><b>　　1.5總結(jié)</b></p><p>　　21世紀(jì)困擾世界各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素就是淡水危機(jī)。和其他各種有實(shí)效的方案相比, 海水淡化是一種最好的解決方式。以前我們所用的海水淡化方

39、法主要包括蒸餾法和膜法,但是效果并不是很好。所以我們必須創(chuàng)造出新的海水淡化方法，而這種方法就是傳統(tǒng)的海水淡化方法和新能源技術(shù)相結(jié)合。在世界上, 海水淡化已具有比較明顯的優(yōu)勢(shì), 但是國內(nèi)卻由于水價(jià)太低, 海水淡化成本又相對(duì)較高。所以海水淡化是未來發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。而用填料塔對(duì)海水傳質(zhì)傳熱也是海水淡化的一種，是熱法海水淡化的一種應(yīng)用。根據(jù)設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)填料塔，響填料塔的傳熱傳質(zhì)系數(shù)，傳熱傳質(zhì)系數(shù)又影響了整個(gè)塔的換熱效率，塔的高度不夠高，換熱效果

40、就不好，最關(guān)鍵的就是塔高的計(jì)算，填料塔的填料類型影塔的高度太高，塔的造價(jià)太高，就不合算。所以合理的塔高是設(shè)計(jì)填料塔的關(guān)鍵。所以本設(shè)計(jì)的目的就是設(shè)計(jì)合理填料塔處理使處理的海水最大化。</p><p><b>　　2．填料塔設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)填料塔的原理是：空氣和水在填料塔中進(jìn)行逆流直接接觸換熱，熱量從高溫液體側(cè)傳向低溫氣體側(cè)，由于進(jìn)塔空氣處于不飽和狀

41、態(tài)，空氣進(jìn)塔時(shí)傳質(zhì)過程是由液體傳向氣體，由于液體向下流動(dòng)，而氣體向上流動(dòng)，在填料中接觸，這樣大大增加了氣液兩相的接觸面積，在這個(gè)過程中，液體的熱量傳遞給了氣體，使氣體溫度和濕度都明顯增加，從而進(jìn)行換熱。 </p><p>　　氣體出口溫度就明顯增加,而增加的熱量就是水蒸氣所帶的熱量。</p><p>　　由于計(jì)算所需的傳質(zhì)速率和傳熱速率未知，所以進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用高度為1000mm，直徑

42、為85mm的填料塔測(cè)量出不同氣液流量下氣液進(jìn)出口溫度和氣體出口濕度。然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出隨著氣液流量的增加，氣相傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)都增加。</p><p>　　2.1 填料塔的計(jì)算方法</p><p>　　一般填料塔的高度計(jì)算方法有傳質(zhì)單元數(shù)法和等板高度法。傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算方法是將傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)相乘就是填料塔高度，用等板高度法計(jì)算Z=HETP*NT。兩種方法的都是根據(jù)兩種不同組

43、分在氣液兩相中的分率不同來計(jì)算的，而用填料塔進(jìn)行海水淡化換熱時(shí)，因?yàn)閮蓚€(gè)組分的都是水，是空氣中和水在填料塔中進(jìn)行質(zhì)量和熱熱量的傳遞的過程，此過程和空調(diào)的制冷原理相似。用焓差法[12]來計(jì)算在填料塔內(nèi)換熱的熱效率，并計(jì)算塔高度。</p><p>　　利用填料塔使高溫空氣和海水在塔內(nèi)進(jìn)行直接接觸換熱,其目的是為了提高燃?xì)鉄崴b置的熱效率,填料塔的換熱效率則對(duì)熱水裝置的整體熱效率水平起決定作用。</p>

44、<p>　　在如圖1 所示的逆流填料塔內(nèi),取一微元塔高dz ,微元高度內(nèi)的傳遞現(xiàn)象包括熱量和質(zhì)量傳遞。從氣相主體到氣液相界面的傳熱速率：</p><p>　　GCHdtg = ag ( tg - ti ) dz （1）</p><p>　　從氣液相界面至氣相主體的傳質(zhì)速率為：&

45、lt;/p><p>　　- GdH = kH ( Hi - H) dz （2）</p><p>　　圖2.1 工作原理圖</p><p>　　從氣液相界面至到液相主體的傳熱速率:</p><p>　　LCL dtL = aL ( ti - tL

46、 ) dz （3）</p><p>　　根據(jù)能量守恒定律可知，氣體熱量的增加應(yīng)該等于液體熱量的較少，則在微元高度內(nèi)的熱量平衡關(guān)系為：</p><p>　　GdI = d (LCL dtL )

47、 （4）</p><p>　　假設(shè)液體的比熱是常數(shù),填料塔內(nèi)蒸發(fā)或者冷凝的液量小于入塔的液量,則(4)可以簡(jiǎn)化為:</p><p>　　GdI = CLLdtL （5）</p><p>　　根據(jù)濕氣體焓值的定義,空氣

48、的焓可以表示為溫度和濕度的關(guān)系:</p><p>　　I = CHtg + r0 H （6）</p><p>　　所以,在微元塔高dz中，空氣的焓變可以表示為：</p><p>　　dI = CHdtg + r0 dH

49、 （7）</p><p>　　利用式(1) 、(2)和(7)，并且代入Le數(shù)：Le=ag/KHCH,可以得到：</p><p>　　GdI = kH [ ( Ii - I) + (Le - 1) CH ( ti - tg ) ] dz

50、 (8)</p><p><b>　　(9)</b></p><p>　　式(9)代表氣液相界面焓與溫度的關(guān)系,對(duì)于空氣與水接觸的系統(tǒng),通常Le可以近似等于1，因此,式(8)和(9)可以分別簡(jiǎn)化為:</p><p>　　GdI = kH ( Ii - I) dz

51、 (10)</p><p><b>　　(11)</b></p><p>　　式(10)和(11)就是焓差法計(jì)算空氣和水直接接觸換熱的填料塔高度的基本式子。為了計(jì)算填料塔的高度,將式(10)積分:</p><p><b>　　(12)</b></p><

52、p>　　HI 傳遞單元高度,米:NI 傳遞單元數(shù)。</p><p><b>　　2.2填料的類型</b></p><p>　　填料可分規(guī)整填料和散堆填料。常見的填料有垃西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、狐鞍型、矩鞍型、環(huán)矩鞍、球型、波紋填料、脈沖填料。</p><p>　　垃西環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但堆積時(shí)相鄰環(huán)間易形成線接觸，填料層的均勻性差，因而

53、存在嚴(yán)重的向壁偏流和溝流現(xiàn)象，致使傳質(zhì)效率低[13]。而且流動(dòng)阻力大，操作范圍小。</p><p>　　鮑爾環(huán)使填料層內(nèi)氣、液分布性能大為改善，尤其是環(huán)的內(nèi)表面得到充分利用。與同樣的拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣液通量可提高50%，而壓降僅為其一半，分離效果也得到提高。</p><p>　　階梯環(huán)是在鮑爾環(huán)基礎(chǔ)上改造得出的。環(huán)壁上開有窗孔，其高度為直徑的一半。由于高徑比的減少，使得氣體繞填料外壁的

54、平均路徑大為縮短，減少了阻力。喇叭口一邊，不僅增加機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間為接觸點(diǎn)，有利于液膜的匯集與更新，提高了傳質(zhì)效率。是目前使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。</p><p>　　弧鞍型和矩鞍型雖然阻力都聽小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是性能能沒有鮑爾環(huán)好。球形填料一般都用于特定場(chǎng)合，工程上很少應(yīng)用。波紋填料因波紋薄片的材料與形狀不同分成板波紋填料和網(wǎng)波紋填料。</p><p>　　板波紋填料可由陶

55、瓷、塑料、金屬、玻璃鋼等材料制成。填料的空隙率大，阻力小，流體通量大，效率高，而且制造方便、價(jià)格低，正向通用化、大型化方向發(fā)展。脈沖填料特點(diǎn)是處理量大，壓降小[14]。</p><p>　　規(guī)整填料以其生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓降低、持液量少等優(yōu)點(diǎn), 在原油煉制、石油化工、精細(xì)化工、香料工業(yè)、氣體分離等領(lǐng)域眾多氣液傳質(zhì)設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用[15]。適用于真空精餾，大塔徑場(chǎng)合。</p><p&g

56、t;<b>　　2.3填料塔設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.3.1設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　2.3.1.1裝置流程的設(shè)計(jì)</p><p>　　填料塔的流程主要分為逆流和并流，逆流操作是氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入自塔底排出，特點(diǎn)是傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率快，分離效果高。并流操作是氣液兩相均從塔頂流向塔底

57、，它的特點(diǎn)是系統(tǒng)不受流體限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常在吸收過程的平衡曲線較平坦時(shí)，流向?qū)ν苿?dòng)力影響不大時(shí)，易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很完全等。而本實(shí)驗(yàn)是氣液兩相之間換熱，所需的推動(dòng)力大較好，所以選擇逆流操作。</p><p>　　2.3.1.2 參數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)工藝要求：水溫度從20℃上升到60℃，熱空氣溫度從80℃下降到30℃，海水處理量

58、為每天10000噸。</p><p>　　2.3.1.3填料的選型</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)處理量大，對(duì)填料的要求也比較高，普通的填料不能滿足設(shè)計(jì)要求，所以選擇新型填料QH-1[16]填料比較適合，它的特點(diǎn)是對(duì)稱均勻的內(nèi)彎弧形筋片能促進(jìn)液滴群的分散-聚會(huì)-再分散的循環(huán)過程，有效降低填料層內(nèi)軸向反混，從而提高液液兩相間的傳質(zhì)性能。填料的尺寸越小，分離效果越好，但是阻力增加，通量減小，填

59、料費(fèi)用也增加很多，所以綜合考慮選擇填料的規(guī)格為Dg25，比表面積為228m2/m3，堆積密度為506kg/m3,孔隙率為93.6%，堆積個(gè)數(shù)為160000個(gè)/m3,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得，αg=1920kJ/m3hk。</p><p>　　圖2.2 QH-1型扁環(huán)形填料</p><p>　　填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類，陶瓷填料質(zhì)脆、易碎，不宜在高沖擊使用，金屬材料的表面潤濕性好，塑料填

60、料雖然具有耐沖擊、價(jià)廉、質(zhì)輕等特點(diǎn)，但是表面潤濕性差，綜上所述，選擇金屬填料。</p><p>　　2.3.2填料塔高度和塔徑的計(jì)算</p><p><b>　　(1)填料塔塔徑</b></p><p>　　wL=416667kg/h</p><p>　　泛點(diǎn)氣速根據(jù)貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式</p><p&g

61、t;　　其中，g=9.81m/s2</p><p>　　查《塔器》，at=228m2/m3,=0.936m3/m3,1.306mPa</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)資料，QH-1填料的A，K關(guān)聯(lián)常數(shù)為</p><p>　　A=-0.06501，K=-1.398</p><p><b>　　uF=7.5m/s</b><

62、/p><p>　　對(duì)于散裝填料，泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為U/UF=0.5~0.85</p><p>　　取泛點(diǎn)率為0.8，u=0.8uF=0.87.5=6m/s</p><p>　　圓整塔徑，取D=1.6米</p><p><b>　　泛點(diǎn)率校核：</b></p><p><b>　?。ㄔ谠试S范圍內(nèi)

63、）</b></p><p>　　液體噴淋密度的驗(yàn)算：</p><p><b>　　， </b></p><p>　　對(duì)于直徑小于75mm的填料，</p><p>　　經(jīng)以上校核，填料塔直徑選用D=1600mm合理。</p><p>　?。?）根據(jù)上述用焓差法計(jì)算填料塔高度：</

64、p><p>　　液體處理量為10000噸/日=107kg/日=416666.7kg/h，D=1200mm，所以半徑為800mm</p><p>　　L=416666.7/2.01=207297kg/m2．h</p><p>　　查《化工原理》書得30℃水的飽和蒸汽壓Ps=4.241kPa</p><p>　　H=0.622*4.241/(101.

65、325-4.241)=0.027kg/kg干氣</p><p>　　=1.01=1.88×0.027+1.01=1.06 KJ/kg干氣</p><p>　　I=CHt+2492H=1.06*30+2492*0.027=99 KJ/kg干氣</p><p>　　查《化工原理》書本得80℃水的飽和蒸汽壓Ps=47.36 kPa</p><

66、p>　　H=0.622*47.36/(101.325-47.36)=0.546 kg/kg干氣</p><p>　　=1.01=1.88×0.546=2.04 KJ/kg干氣</p><p>　　I=CHt+2492H=1.01+1.88*0.546=2.04 KJ/kg干氣</p><p>　　GdI = CLLdtL</p><

67、;p>　　取T=70℃的時(shí)候進(jìn)行分析</p><p>　　查《化工原理》書P359頁，70℃時(shí)水的飽和蒸汽壓為31.164kPa</p><p>　　H=0.622*31.164/（101.325-31.164）=0.276 kg水/kg干氣</p><p>　　=1.01+1.88*0.276=1.529 KJ/kg干氣</p><p&g

68、t;<b>　　tL=40.38℃</b></p><p>　　取℃ Ii=377.16 KJ/kg</p><p>　　查《化工原理》書本得50℃水的飽和蒸汽壓Ps=12.34 kPa</p><p><b>　　kg水/kg干氣</b></p><p><b>　　KJ/kg干氣<

69、;/b></p><p>　　值太小，當(dāng)取51.8℃時(shí)，兩個(gè)值相等，所以氣液相界面的溫度為51.8℃</p><p>　　2.3.3填料塔附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）填料塔分段和分布器的設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)填料需要分段堆積時(shí)，必須設(shè)置液體再分布器。之所以要分段堆積，是因?yàn)樘盍细叨忍?，不僅會(huì)導(dǎo)致液體量的不良分布而且

70、還會(huì)形成同一截面上組分布均勻分布，從而使塔的分離效率下降，在變塔中填料也是分段的。</p><p>　　除了確保進(jìn)料中的液相能均勻地向下、氣相能均勻的向上分布入填料層外，液體再分布器有4個(gè)作用：第一也是最重要的作用是混合液體并在整個(gè)塔截面上均化其組分。均化組分，抑制局部區(qū)域操作“挾點(diǎn)”的出現(xiàn)，這可以減少液體不良分布而引起的分離效率下降，它的作用就像液體在填料層間的橫向分散，不過較之更為有效；第二是混合汽相，在整個(gè)

71、塔截面上均其組分，這個(gè)作用類似于前者；第三是將液體從壁區(qū)導(dǎo)向填料層的中心區(qū)，防止過大“壁流”的形成；最后，再分布可將液體在填料層流動(dòng)中形成的大股“溪流”分裂成交流的流股，以改善填料層的潤濕程度。簡(jiǎn)而言之，再分布的作用是：均化組分，均布流體，且前者比后者更加重要。</p><p>　　再分布的主要作用是消除大規(guī)模的不良分布造成的分離效率下降,所以當(dāng)填料層中不存在這樣的分布時(shí),可以減少再分布的頻率。多少高度填料需要設(shè)

72、置一個(gè)再分布器是一個(gè)復(fù)雜的問題，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，但沒有得到統(tǒng)一的結(jié)論，有一些報(bào)道說床層高度可達(dá)9~12米，仍可保持良好的操作性能，所以有些學(xué)者[17]說主張每9米再分布一次。但由于不良分布的存在對(duì)效率的影響，在多數(shù)情況下是難以預(yù)測(cè)的，所以更多學(xué)者還是取較保守值6米。</p><p>　　查《化工原理課程設(shè)計(jì)》P145頁，表5-16，對(duì)于QH-1扁環(huán)形填料，h/d=8~15，hmax小于等于6m。取h/d=

73、10, h=10*2.4=18米 </p><p>　　18<22，故需要分段，22/6=3.6 ，故需要分4段</p><p>　　(1)液體分布器選型</p><p>　　由于填料塔直徑比較大，所以選擇槽形液體分布器</p><p>　　（2）分布點(diǎn)密度計(jì)算</p><p>　　按Eckert建議值，D大于

74、等于1200時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2,因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)/m2</p><p><b>　　取n=252</b></p><p>　　按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均與的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共設(shè)11道，在槽側(cè)面開孔槽寬度為85mm,槽高度210mm，兩槽中心矩為140mm。分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=252點(diǎn)，布

75、液點(diǎn)分布為：11 15 19 23 27 31 31 27 23 19 15 11</p><p><b>　　（3）布液計(jì)算</b></p><p>　　取Φ=0.6，△H=160mm</p><p><b>　　取d0=32mm</b></p><p>　　槽型液體再分布器

76、的結(jié)構(gòu)類似于槽型液體分布器，但是槽型液體分布器無法有效收集從上段填料層流下來的液體，所以在支承板和分布器間需增設(shè)液體收集器。</p><p><b>　?。?）支撐板</b></p><p>　　支撐板的主要用途是支承板內(nèi)的填料，同時(shí)又能保證氣液兩相順利通過。支承板若設(shè)計(jì)不當(dāng)，填料塔的液泛可能首先在支承板上發(fā)生。對(duì)于普通填料，支承板的自由截面積的50%，并且要大于填料

77、層自由截面積，常用的支承板有柵板和各種具有升氣管結(jié)構(gòu)的支承板。而設(shè)計(jì)中因?yàn)樘幚砹看?，所以選擇具有升氣管結(jié)構(gòu)的支承板可以使氣液兩相接觸更好。</p><p><b>　?。?）除沫器</b></p><p>　　除沫器是用來除去填料層頂部逸出的氣體中的液滴，安裝在液體分布器上方。根據(jù)除沫器的經(jīng)濟(jì)性和可用性，選擇旋轉(zhuǎn)板除沫器較為適宜。</p><p&g

78、t;　　圖2.4槽型液體再分布器</p><p>　　1.填料 2.支承板 3.收集器 4.環(huán)形通道 5.槽型液體分布器 6.定位格柵</p><p><b>　　2.4裝置圖</b></p><p>　　裝置圖見附錄1，帶控制點(diǎn)的圖見附錄2</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)改進(jìn)</b><

79、/p><p>　　由于上述填料塔設(shè)計(jì)中，填料層高度為22米，把冷海水送到塔頂上去所需的能耗非常大，而且塔設(shè)備高，造價(jià)也很高?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，設(shè)想用旋轉(zhuǎn)床代替填料床來換熱，提高換熱效率。這也是我們下一步實(shí)驗(yàn)研究的方向。目前，旋轉(zhuǎn)床一般都是用于傳質(zhì)方面的，用于傳熱方面的研究還比較少，所以先對(duì)旋轉(zhuǎn)床做一個(gè)模擬研究。</p><p><b>　　3.1超重力技術(shù)</b></p

80、><p>　　超重力的定義是：在加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球加速度的環(huán)境下，物質(zhì)受到的力。超重力技術(shù)就是根據(jù)超重力科學(xué)原理所產(chǎn)生的應(yīng)用技術(shù)。在超重力的場(chǎng)環(huán)境下，相間傳質(zhì)過程和不同大小分子之間的分子擴(kuò)散都比常規(guī)重力場(chǎng)下要快得多，氣體-液體、液體-液體、液體-固體兩相在比地球重力加速度大數(shù)百倍甚至數(shù)千倍的超重力環(huán)境下，多孔介質(zhì)或者孔道中產(chǎn)生流動(dòng)接觸，巨大的剪切力將液體撕裂開來形成微米到納米級(jí)別的液膜、液絲與液滴，產(chǎn)生巨大的相界面，

81、而且這些相界面在不斷更新，這使得微觀混合和傳質(zhì)過程都得到極大的強(qiáng)化[18]。</p><p>　　3.2旋轉(zhuǎn)床工作原理</p><p>　　旋轉(zhuǎn)床完成直接冷卻過程，其具體過程如下：熱氣流從流化床的進(jìn)氣口進(jìn)入，在壓力的作用下，從轉(zhuǎn)鼓周邊進(jìn)入到填料層內(nèi)，經(jīng)過填料進(jìn)入外腔，從出氣口排出；冷流體從液體分布器后進(jìn)入到填料層，液相流體在強(qiáng)大的超重力場(chǎng)作用下沿徑向作霧化分散。液滴分散后進(jìn)入填料內(nèi)形成微小

82、液滴和霧滴，液滴和霧滴在填料內(nèi)與進(jìn)入的氣體進(jìn)行充分接觸，從而完成氣液兩相之間的傳熱和傳質(zhì)過程。液相流體經(jīng)殼內(nèi)壁聚集到裝置底部的排液口排出，氣流則從裝置上部排出。在填料層內(nèi)既發(fā)生了氣相向液相的熱量傳遞的過程，也發(fā)生水的汽化或冷凝的傳質(zhì)過程[19]。</p><p>　　圖3.1逆流型超重力換熱器的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.3設(shè)計(jì)改進(jìn)</b></p>

83、;<p><b>　　(1)旋轉(zhuǎn)床高度</b></p><p>　　對(duì)于氣相，超重機(jī)內(nèi)的氣相流動(dòng)可以看成是湍流流動(dòng),它的形式為不可壓縮的牛頓流體，假設(shè)氣體的流動(dòng)是和超重機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力方向一致，并且分布均與的，各個(gè)物理量都無梯度分布，它的表現(xiàn)形式為沿徑向和軸向軸對(duì)稱流動(dòng)，對(duì)于分散液滴相，只考慮了氣相對(duì)液相的離心力和曳力的作用，而忽略了重量、虛假質(zhì)量力等的影響。</p>

84、<p>　　在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們可以得出如下：</p><p>　　圖3.2 放大倍數(shù)隨進(jìn)口氣體流量的變化曲線</p><p>　　圖3.3 放大倍數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　圖3.4 傳熱系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　圖3.5 傳熱單元高度隨轉(zhuǎn)速的變化值</p><p>　　圖3.6

85、溫度降隨氣體進(jìn)口流量的變化曲線</p><p>　　圖3.7 溫度降隨轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　根據(jù)上述分析，研究了熱氣體的進(jìn)口流量、進(jìn)口溫度和超重機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)放大倍數(shù)的影響,在圖中我們可以看出，在超重力機(jī)進(jìn)行傳熱的過程中,轉(zhuǎn)速的影響最大,就是說設(shè)備本身對(duì)強(qiáng)化傳熱起了主要作用。從轉(zhuǎn)速對(duì)傳熱系數(shù)和傳熱單元數(shù)的影響的圖中可以看出, 傳熱系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的提高急速上升、傳熱單元數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的提

86、高呈數(shù)量級(jí)下降,這就更進(jìn)一步說明超重機(jī)使傳熱效果得到了極大的強(qiáng)化。在所有條件都達(dá)到最優(yōu)時(shí)，旋轉(zhuǎn)床的高度可以降低2個(gè)數(shù)量級(jí)[20]。</p><p>　　當(dāng)水溫度從20℃上升到60℃，熱空氣溫度從80℃下降到30℃，海水處理量為每天10000噸，旋轉(zhuǎn)床的高度為26cm,260mm。</p><p>　　(2)氣液進(jìn)出管的設(shè)計(jì)</p><p>　　氣液進(jìn)出管是旋轉(zhuǎn)床的主

87、要部件之一，氣液進(jìn)出管的尺寸的確定主要與操作時(shí)的氣液比有關(guān)。查《化工原理》P50取氣體速度Vg=25m/s,液體流速Vl=2 m/s</p><p>　　實(shí)際所取尺寸應(yīng)該大于計(jì)算尺寸，經(jīng)過圓整，取Dg=850mm,Dl=300mm</p><p>　　(3)噴淋管的類型和尺寸</p><p>　　噴淋管是在旋轉(zhuǎn)床中是靜止件，是旋轉(zhuǎn)床中非常重要的部件之一。噴淋管的結(jié)構(gòu)

88、直接影響到液體在旋轉(zhuǎn)填料層中的分布狀況，也就是直接影響到整臺(tái)設(shè)備的傳質(zhì)性能。噴淋管可以分為開孔噴淋管和開縫噴淋管兩種。開縫和開孔相比，有不容易堵塞，加工方便的特點(diǎn)。然而，開縫噴淋管噴出的液體的方向和它的軸線并不垂直，這樣就使設(shè)備的傳質(zhì)性能大大降低，傳質(zhì)和傳熱效率都大大減少，所以選擇開孔形式的噴淋管[21]。</p><p>　　噴淋管的數(shù)量計(jì)算方法：</p><p><b>　　

89、噴淋總面積： 取</b></p><p>　　噴淋管內(nèi)徑取d=50mm，計(jì)算可得噴淋管數(shù)量為29.47，圓整需噴淋管數(shù)量為30根，噴淋管的開孔取圓形孔，孔徑為8mm，取兩側(cè)開孔，每側(cè)13孔，填料高度為260mm，取每側(cè)孔間距10mm，兩側(cè)孔垂直距離25mm。</p><p>　?。?）填料內(nèi)半徑的確定</p><p>　　本設(shè)計(jì)是氣液接觸直接換熱，逆流傳

90、質(zhì)，氣體與液體進(jìn)行逆流接觸反應(yīng)，所以填料中心空腔下層是封閉結(jié)構(gòu)，內(nèi)層半徑只要能夠包含液體分部器并且大于氣體入口半徑，取內(nèi)半徑</p><p>　?。?）填料外半徑的確定</p><p>　　旋轉(zhuǎn)床和常規(guī)填料塔不同，液體從填料內(nèi)徑流向填料外徑，在流動(dòng)方向上液體流通面積逐漸的增大，液體噴淋密度逐漸的減小。</p><p>　　由于散裝填料的動(dòng)平衡差,高速旋轉(zhuǎn)會(huì)使填料沿徑

91、向分布呈內(nèi)疏外密型,使填料的均勻性變差,使傳質(zhì)效率下降,還會(huì)使轉(zhuǎn)子受力不均勻而出現(xiàn)震動(dòng),對(duì)旋轉(zhuǎn)床的傷害很大,所以選擇用規(guī)整填料,本文選用塑料孔波紋填料，250X。</p><p>　　取填料外半徑為1800mm</p><p>　?。?）填料塔和旋轉(zhuǎn)床耗能比較</p><p><b>　　填料塔：</b></p><p>

92、;<b>　　旋轉(zhuǎn)床:</b></p><p>　　使用旋轉(zhuǎn)床所消耗的能量比使用填料塔所消耗的能量少,所以,比較而言,用旋轉(zhuǎn)床更經(jīng)濟(jì),而且旋轉(zhuǎn)床的體積小,操作方便。</p><p>　　3.4填料塔和旋轉(zhuǎn)床的比較</p><p>　　旋轉(zhuǎn)床與填料塔相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)床快速而且均勻的微觀混合使得換熱面更新速度加快，使得兩相間的接觸面積大大增

93、加，從而使傳熱面積大大增加;氣液逆流接觸是氣液流體平均溫度差達(dá)到最大;超重機(jī)能夠加大流體流速，增強(qiáng)湍動(dòng)的程度，使傳熱邊界層中層流內(nèi)層的厚度減小，這樣可以使提高對(duì)流傳熱系數(shù)，就是減小對(duì)流傳熱的熱阻。</p><p>　　在處理量較大的情況下，用填料塔進(jìn)行換熱，所需的填料塔高度較高，填料塔的造價(jià)相當(dāng)高，而且要把冷海水送到塔頂去，所做的功也很大，所以成本很高，而且換熱效果并不理想，所以考慮用旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行換熱，旋轉(zhuǎn)床的造價(jià)

94、也挺高，但是它的換熱效果好，而且設(shè)備比較小，所以我們下一階段的實(shí)驗(yàn)會(huì)以旋轉(zhuǎn)床作為換熱設(shè)備。</p><p><b>　　4.結(jié)論</b></p><p>　　用填料塔作為換熱裝置對(duì)海水進(jìn)行淡化，是熱法海水淡化過程的一個(gè)主要組成部分。填料塔換熱屬于直接換熱，比間壁式換熱效果要好。經(jīng)過對(duì)填料塔的設(shè)計(jì)，掌握用焓差法計(jì)算填料層高度的計(jì)算方法。并且我們用高度為1m，直徑為85m

95、m的填料塔進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，從中得到了計(jì)算所需氣相體積傳熱系數(shù)，液相體積傳熱系數(shù)，氣相傳質(zhì)系數(shù)這三個(gè)系數(shù)。對(duì)填料塔而言，填料的作用是非常重要的，我們選用的填料為QH-1扁環(huán)形填料。在實(shí)驗(yàn)過程中分別改變氣體流量,液體流量,研究氣液流量對(duì)換熱效率的影響，并由測(cè)得的數(shù)據(jù)引用到設(shè)計(jì)中。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，本文設(shè)計(jì)的填料塔直徑為1800mm，高度為22m。</p><p>　　但是根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，需要的塔高很高，設(shè)備價(jià)格和把冷海水送入當(dāng)

96、頂所需要的功都很高，使換熱成本馬上上升?？紤]到這些因素，所以我們下一步的實(shí)驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)床作為換熱裝置，旋轉(zhuǎn)床的換熱效果比填料塔的換熱效果好1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。所以，本文對(duì)旋轉(zhuǎn)床做了一個(gè)初步的模擬設(shè)計(jì)，為實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。</p><p><b>　　5.符號(hào)說明表</b></p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p

97、>　　[1]王俊紅,高乃云等人.海水淡化的發(fā)展及應(yīng)用.工業(yè)水處理.2008年</p><p>　　[2]孫業(yè)山.10t/d高效節(jié)能反滲透海水淡化裝置的實(shí)驗(yàn)研究.中國科學(xué)院廣州能源研究所. 2007年</p><p>　　[3]潘獻(xiàn)輝,趙亮.反滲透海水淡化膜法預(yù)處理技術(shù)研究進(jìn)展.工業(yè)水處理.2007年6月</p><p>　　[4]張百忠.多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù).

98、科技論壇.2008年</p><p>　　[5]張百忠.多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù).科技論壇.2008年</p><p>　　[6]任一峰,劉爾靜.海水淡化的熱法技術(shù)及其應(yīng)用.發(fā)電設(shè)備.2009年</p><p>　　[7]馮廣軍.海水淡化—解決淡水資源短缺的有效方案.華北電力技術(shù).2005年</p><p>　　[8] 章學(xué)來,盧家才等人.直接接

99、觸式換熱技術(shù)的研究進(jìn)展(續(xù)).能源技術(shù).2001年4月</p><p>　　[9] 章學(xué)來,盧家才等人.直接接觸式換熱技術(shù)的研究進(jìn)展.能源技術(shù).2001年2月</p><p>　　[10]宋臻.空氣與水逆流直接接觸熱質(zhì)交換過程模型計(jì)算及分析.化工學(xué)報(bào).2005年4月</p><p>　　[11] 丁濤,王世昌.直接熱耦合增濕-去濕海水淡化過程數(shù)值模擬.水處理技.20

100、10年2月 </p><p>　　[12]Bake M. J . ,The British Gas High Temperature DirectContact Water Heater ,Presented at the Institution Chemical En -ineering Symposium ,Innovation in Proces Energy Utilisation ,Bath ,18th

101、 September ,1987</p><p>　　[13]楊運(yùn)財(cái),陳桂珍等.規(guī)整填料傳質(zhì)性能計(jì)算的研究進(jìn)展.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù).2010年</p><p>　　[14]高峰.液體降膜流動(dòng)的基礎(chǔ)研究及開窗導(dǎo)流式規(guī)整填料的開發(fā).化學(xué)工程.2009年</p><p>　　[15]董誼任,孫鳳珍.填料塔液體分布器的設(shè)計(jì)(續(xù)四).化工生產(chǎn)與技術(shù).1999年</p&g

102、t;<p>　　[16]俞曉梅,袁孝競(jìng)等人.塔器.化學(xué)工業(yè)出版社.2010年6月</p><p>　　[17]Lieberman N P.Process Design for Reliable Operation 2ded,Gulf</p><p>　　[18]李艷.超重力場(chǎng)傳熱研究.TQ-072,2007年5月</p><p>　　[19]李艷,劉有