转盘塔内流型的分析与优化

逆流操作的转盘塔,轻相从塔的底部进入,重相从塔的顶部加入。先加入的并充满全塔的液相作为连续相,后加入的就分散到先加入液体中,成为分散相。无论重相还是轻相,皆可作为连续相。

在转盘塔中,液体有如下三种运动。

(1)两相的逆流流动:由于转盘是水平安装的,旋转时不产生轴向力,液滴在垂直方向上的流动仍靠密度差推动。重相和轻相做相反方向的运动。

(2)旋转运动:因转盘的旋转,带动液体一起做旋转运动。(www.xing528.com)

(3)径向环流:旋转所产生的离心力,使液体沿着转盘的半径方向做离心移动。在流至塔壁后,就沿着塔壁做轴向移动,在受到固定环阻挡处,再折回沿着固定环的半径方向做向心移动,返回到塔的中心部位,于是形成了封闭的径向环流,如图5-2(a)所示。

图5-2　流体流动模型

转盘塔的操作可分为层流、湍流两个操作阶段(如图5-2(b)(c)所示),其转换点的转速称为临界转速。低于此转速时为层流操作,此阶段内转速的增加对液滴尺寸和分散相滞留率(分散相在塔内液体中所占的体积分数)无多大影响,液滴在固定环与转盘间曲折流过,甚至还有液滴附着在转盘和固定环的表面上,此阶段的通量大,但传质效率低。高于临界转速时为湍流操作,此阶段内随着转速的提高,径向环流增强,液滴变小,滞留率增加。液滴大多做螺旋形上升运动,部分液滴随着环流运动。转速提高使局部传质得到强化,但同时使通过能力下降,返混程度增加。在更高转速下,就会出现分散相滞留率的突然增加,于是发生液泛,这是转盘塔的操作极限。