本发明专利技术公开了一种低温工质降膜流动传质可视化实验装置，包括：低温腔，内含用于低温液体降膜流动的喷淋管和填料设置区；喷淋管通过进液管与低温腔上部的液氮进口连接，低温腔的上部还设有气体出口，低温腔的下部设有液氮出口和低温氧气进口；低温工质配送系统，用于向液氮进口提供加压的液氮，向低温氧气进口提供低温氧气；真空腔，设置在低温腔外部，用于为低温工质降膜流动提供绝热环境；磁场设置区，设置在填料设置区背部的低温腔外壁，用于加速液膜表面温度场和浓度场更新；可视化拍摄组件，设置在低温腔外部，用于获得低温工质降膜流动真实图像。利用本发明专利技术，可以得到氮氧真实传质数据，揭示氮氧局部降膜流动特性。揭示氮氧局部降膜流动特性。揭示氮氧局部降膜流动特性。
【技术实现步骤摘要】
一种低温工质降膜流动传质可视化实验装置
[0001]本专利技术涉及低温精馏空气分离的设计领域，具体涉及一种低温工质降膜流动传质可视化实验装置。
技术介绍
[0002]气体是工业的“血液”，低温空气分离技术是现代工业生产的基础支撑技术。空气分离产品包括氧、氮、氩，以及一些稀有气体，被广泛应用于医疗、电子、航空航天、冶金、化工等重要领域。低温精馏因为技术成熟、产品纯度高等优点，因此被广泛应用于工业气体生产中。规整填料塔在具有更低的压降的同时，具有更高的容量，能显著降低空分能耗，更加符合现代工业生产的需求。
[0003]低温精馏过程占空分总能耗的30％
‑
50％，具有巨大的节能空间。在低温精馏规整填料塔中，氧氮混合液从精馏塔顶降液膜流下，与逆流而上的氧氮混合气体充分接触，由于氧氮二者沸点不同，将会发生氮气的蒸发和氧气的冷凝，从而实现氧氮分离。氮氧混合液在规整填料表面的降液膜特性极大地影响了分离效果、分离效率、产品纯度。通过优化规整填料表面结构，改善液体在规整填料表面流动特性，是精馏规整填料发展的主要方向。
[0004]低温下的低温工质流动传质测试成本高、难度大，因此规整填料的设计长期依赖常温流体的实验测试结果，但与常温工质相比，低温工质由于具有更低的粘性与表面张力，在规整填料表面更易于铺展，因此低温液体的流动传质特性与常温液体相比具有较大差异，针对常温工质的规整填料最佳优化结构并不适用于低温工质，因此针对低温工质的实验研究，探索适用于氧氮分离的最佳表面结构，有助于低温精馏效率的进一步提高。
[0005]针对精馏的降膜流动实验通常发生在非透明装置内，无法获得真实降膜流动局部特性，可视化方法则能获得不同表面结构下的局部降膜流动特性。授权公布号为CN213221008U的中国专利技术专利公开了一种液体产品精馏可视化玻璃管件，可以防止不同精馏时因液体的不同发生交叉污染从而影响精馏纯度。公开号为CN213160832U的中国专利技术专利公开了一种适用于实验室级的超高性能规整填料，其上布有防壁流金属丝网圈和预防填料掉落的锯齿析边，能够使得液体分布更加均匀，提高传质性能。但目前还没有研制出可以获得低温条件下低温工质降膜流动真实局部图像，从而揭示低温工质降膜流动非均匀现象的实验装置。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种低温工质降膜流动传质可视化实验装置，通过低温腔顶部液氮喷淋和底部低温氧气逆流，实现填料表面低温工质气液逆流降膜流动传质过程，同时，通过拍摄填料表面降膜流动图像，测量持液率、润湿面积、传质量，可以得到氮氧真实传质数据，揭示氮氧局部降膜流动特性，确定低温精馏填料结构填料优化方案。
[0007]一种低温工质降膜流动传质可视化实验装置，包括：
[0008]低温腔，用于作为低温工质降膜流动的空间，内含用于低温液体降膜流动的喷淋
管和填料设置区；所述喷淋管通过进液管与低温腔上部的液氮进口连接，所述低温腔的上部还设有气体出口，低温腔的下部设有液氮出口和低温氧气进口；
[0009]低温工质配送系统，用于向液氮进口提供加压的液氮，向低温氧气进口提供低温氧气；
[0010]真空腔，设置在低温腔外部，用于为低温工质降膜流动提供绝热环境；
[0011]磁场设置区，设置在填料设置区背部的低温腔外壁，用于加速液膜表面温度场和浓度场更新；
[0012]可视化拍摄组件，设置在低温腔外部，用于获得低温工质降膜流动真实图像。
[0013]上述技术方案中，加压的液氮从液氮进口，经喷淋管进入低温腔，在重力驱动下在填料片上形成降膜流动，低温氧气从自下而上流入低温腔，与填料片上的降膜流动液体进行逆流传质，通过低温内腔中设置的可视窗，拍摄得到氮氧局部降膜流动特。
[0014]进一步地，所述填料区的正面中心和右侧面中心分别设有用于辨别低温工质降膜流动尺度特征的10mm和1mm长的比例尺。
[0015]进一步地，所述的低温工质配送系统中，低温氧气由液氧储罐的液氧流入位于真空腔内的沸腾器后经外部热源加热气化得到。
[0016]进一步地，所述的磁场设置区安装在真空腔内的低温腔后部，包括9个直径为4～6cm的圆柱状凹槽，每个凹槽内设有线圈，所述线圈内通入交变电流。低温内腔产生交变磁场，交变磁场通过方向不断变化的磁场对氧组分施加磁力矩，令氧分子在混合物中旋转，促进传质。
[0017]进一步地，所述低温腔的正面、右侧面、左侧面均设有透明可视窗，三个透明可视窗均在同一水平线上；其中，正面的透明可视窗平行于填料设置区的测试填料，左侧面和右侧面的可视窗垂直于测试填料，且三个透明可视窗均正视于低温腔正中心。透过正面的透明可视窗拍摄得到氧氮局部流动特性，透过侧面的透明可视窗拍摄可以准确地测量液膜厚度。
[0018]进一步地，所述填料设置区的四周布置聚氨酯绝热材料。
[0019]进一步地，所述的磁场设置区和填料设置区之间设有导磁介质。
[0020]优选地，所述低温腔的上部的气体出口与气相色谱仪连接。通过气相色谱仪测量低温内腔下方出口液体和上方出口气体的浓度，计算得到氮氧真实传质数据。进一步地，工质流入气相色谱仪之前应经过加热器。
[0021]进一步地，所述的喷淋管设置在填料设置区的上方，安装在填料设置区的测试填料上端需加工小斜面，使得喷淋管流出液体经斜面聚合准确流至测试填料表面。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]1、本专利技术开发低温可视化实验系统，结合可视化成像技术直接获得低温液体在规整填料表面局部流动与传质特性。
[0024]2、本专利技术提供的交变磁场发生装置能在低温腔产生交变磁场，交变磁场通过方向不断变化的磁场对氧组分施加磁力矩，令氧分子在混合物中旋转，促进传质。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例的实验流程示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例的整体结构侧视示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例的整体结构后视示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例的磁场设置区示意图。
[0029]图中：1、真空腔；2、低温腔；3、液氮进液口；4、液氮入口液槽；5、喷淋管；6、填料设置区；7、液氮出口液槽；8、液氮出口液体管道；9、液体出口；10、液氧入口；11、液氧入口管道；12、沸腾器；13、氧气入口管道；14、气体出口；15、压力表；16、抽真空口；17、右视透明窗；18、左视透明窗；19、正视透明窗；20、正视透明窗光源；21、真空腔顶部；22、真空腔底部；23、真空罩；24、磁场设置区；25、液氮储罐；26、液氧储罐；27、气相色谱仪；28、空化器。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。
[0031]如图1～3所示，一种低温工质降膜流动传质可视化实验装置，包括由真空罩23组成的真空腔1，真空腔1内设置有低温本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低温工质降膜流动传质可视化实验装置，其特征在于，包括：低温腔，用于作为低温工质降膜流动的空间，内含用于低温液体降膜流动的喷淋管和填料设置区；所述喷淋管通过进液管与低温腔上部的液氮进口连接，所述低温腔的上部还设有气体出口，低温腔的下部设有液氮出口和低温氧气进口；低温工质配送系统，用于向液氮进口提供加压的液氮，向低温氧气进口提供低温氧气；真空腔，设置在低温腔外部，用于为低温工质降膜流动提供绝热环境；磁场设置区，设置在填料设置区背部的低温腔外壁，用于加速液膜表面温度场和浓度场更新；可视化拍摄组件，设置在低温腔外部，用于获得低温工质降膜流动真实图像。2.根据权利要求1所述的低温工质降膜流动传质可视化实验装置，其特征在于，所述填料区的正面中心和右侧面中心分别设有用于辨别低温工质降膜流动尺度特征的10mm和1mm长的比例尺。3.根据权利要求1所述的低温工质降膜流动传质可视化实验装置，其特征在于，所述的低温工质配送系统中，低温氧气由液氧储罐的液氧流入位于真空腔内的沸腾器后经外部热源加热气化得到。4.根据权利要求1所述的低温工质降膜流动传质可视化实验装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：植晓琴，扈诗语，顾陈杰，邱利民，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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