填料塔作為重要的傳質分離設備，被廣泛應用于化工領域，涉及精餾、吸收、萃取、蒸發等單元操作過程。近年來規整填料的發展使填料塔應用更廣泛，并日益大型化。規整填料塔具有效率高、處理量大、壓降小、放大效應小等優點。自20世紀80年代以來，許多學者研究了不同規整填料塔的傳質過程，提出了一系列傳質模型。

規整填料塔中，影響傳質性能的因素很多，Zuiderweg等認為表面張力對傳質的影響顯著大于密度、黏度、擴散系數等其他物性。之后很多學者研究了表面張力梯度引起的Marangoni效應對精餾傳質的影響，研究物系大多集中在能形成較大表面張力梯度的有機物水溶液。由于表面張力與其他物性密切相關，且表面張力對傳質過程的影響機理相當復雜，至今沒有一個滿意的結論。近年來，精餾領域的傳質過程研究主要集中在過程模擬，國內外對新型高比表面積規整填料的傳質過程的實驗研究還不多，有關工業尺寸的規整填料塔則更少涉及。

綜上所述，鑒于規整填料塔在現代分離工業中的重要地位以及表面張力對其傳質性能的影響，研究低表面張力物系在規整填料塔中的傳質過程對于完善高性能填料的傳質數據，深入研究流動和傳質機理具有重大的理論意義和應用價值。本文選用具有低表面張力的正庚烷-甲基環己烷物系，在內徑400mm的不銹鋼精餾塔中，測定目前廣泛使用的經典高效規整填料Mellapak 500Y和750Y的流體力學性能和傳質性能。

1實驗方法

1.1實驗裝置

實驗流程如圖1所示。實驗裝置由主塔、副塔、冷凝系統、加熱系統四大部分組成。主塔為內徑400mm的不銹鋼精餾塔，填料層裝填高度1.8m，每盤填料高200mm，共9盤。主塔塔頂上升蒸汽及其冷凝液在副塔內進行換熱，得到飽和的回流液，避免過冷現象的發生。塔釜再沸器采用熱導油加熱，換熱面積為27.5m2。塔頂冷凝器采用冷卻水制冷，換熱面積為29.9m2。實驗采用常壓下的全回流操作。

全塔共設有4個取樣口。1#取樣口設在塔頂回流處；2#取樣口設在距填料底部1200mm處；3#取樣口設在距填料底部400mm處；4#取樣口設在填料段以下。填料段的取樣口，即2#、3#取樣口的樣式如圖2所示。取樣器沿水平方向向上傾斜3°放置，伸入填料段的部分為半圓管，長度為200mm，直徑為10mm。這樣設計以保證液相樣品順利地由填料中取出，且取出的液相樣品具有代表性。

1.2實驗物系

有機物水溶液的表面張力和表面張力梯度都很大，Marangoni效應十分顯著，一般情況下正、負體系分離效率相差很大，表面張力梯度的影響超過了表面張力本身；而純有機物系的表面張力低，在塔內形成的表面張力梯度小，Marangoni效應不明顯，一般情況下正體系的效率比負體系略高。實驗旨在研究低表面張力物系在規整填料塔中的傳質過程，故選擇表面張力較低的純有機物系；對于純有機物系，表面張力正體系和負體系的傳質性能相差不大，為了實驗研究的方便，選取正庚烷-甲基環己烷為實驗物系。正庚烷-甲基環己烷物系的表面張力較低，實驗范圍內接近中性體系。實驗物系的表面張力數據見表1。

1.3實驗數據處理

1.3.1計算HETP

由4個取樣口的組成數據可以計算填料塔的理論板當量高度，根據定義有式（1）。

Z=N*HETP=NogHog  （1）

正庚烷-甲基環己烷物系沸點差很小，分離程度不高，可近似將平衡線視為直線，氣提因子如式（2）。

總體積傳質系數Kya是氣相總傳質系數和有效界面積的乘積，直觀反映了塔內傳質的好壞。氣相流率一定時，測定Nog隨塔高的變化，可以得出氣相總體積傳質系數隨塔高的變化，分析塔內傳質行為。

低表面張力物系在規整填料塔中的流體力學性能和傳質性能（一）

低表面張力物系在規整填料塔中的流體力學性能和傳質性能（二）