关于泡沫碳化硅波纹规整填料骨架结构的研究，应用广泛的新型材料
介绍
近年来，新兴陶瓷材料碳化硅泡沫陶瓷材料受到国内外学者的高度关注，并在多个规模和领域开展了研究。
已成为化工、能源环保、交通、机械、电子、冶金、国防等众多领域的热门话题，并已广泛应用于换热器、填充床、催化剂载体、过滤材料等领域。
什么是瓦楞包装？
填充材料主要通过切割、挤压、浸渍陶瓷浆料、PU泡沫等工艺制备，从而获得具有良好三维网络结构的SiC瓦楞纸板。
为了研究新型泡沫碳化硅波纹规整填料的传质性能，本实验选取了6种不同结构的新型泡沫碳化硅波纹规整填料进行传质性能测试。 单件包装直径100毫米，高度100毫米。 100 毫米气缸。
对于新型泡沫SiC波纹结构填充体来说，波纹结构倾角、压缩比和孔隙率是三个主要参数。 这次选择的填充物都是500Y，也就是45度。
压缩率是指瓦楞填料板的工艺压缩率，填料板由多层填料板组成。 在填料的挤出过程中，采用一定厚度（即压缩比）的聚氨酯泡沫棉将其压缩成单位厚度的波纹状填料。
因此，压缩比可以认为是原料泡沫的厚度，而透气度则是填料中的孔隙占填料实际体积的百分比。
区分填料的种类，主要区别在于填料的材质和生产方法。 第一个模型的三种材料（SCFP-1-71*6.5、SCFP-1-65*6.5、SCFP-1-61*7.5）均为富硅（Si-SiC）。 质地比较致密，整体碳化硅骨架较粗，颜色呈银色。
3种填料（SCFP-2-71*6.5SCFP-2-65*6.5、SCFP-2-61*7.5），类型为纯碳化硅（SiC），质地较脆，骨架较薄，相同体积比富硅型具有更多的碳化硅骨架，颜色更绿。
2、填料传质特性测试
传质性能实验所用设备为内径100 mm的填料性能测试塔。 塔体由4个塔段组成，塔段之间采用法兰直接连接。 为了保证良好的气密性，两段之间有垫片。
塔段外侧安装有金属电热套和保温层，保证塔段保持在实验所需的温度。 每个塔段可填充0.4m的填料，整个塔共可填充1.6m高的填料。 进行实验。
但由于本次选择的是乙醇-正丙醇二元体系，其挥发性强，易于分离。 如果整根柱都装满，则柱顶或柱釜内的样品浓度将超过99%，从而产生误差。
因此，在本次测试中，我们只使用了1.2m左右高的填料。 为了最大限度地发挥填料的结构优势，我们将相邻的填料块按照内填料片的延伸方向相互垂直放置，并放置在填料塔的上半部。
为了保证填料与塔壁之间不会出现壁流，填料用聚四氟乙烯紧紧包裹，然后装入塔内。 采用乙醇-正丙烯体系在完全回流条件下进行传质性能测试。 测试确定气相负荷在0～0.15m/s·(kg/m3)之间。
塔釜由导热油加热，产生的蒸汽自下而上穿过充满液体的填料。 经过相间传质、传热后，由塔顶冷凝器完全冷凝，然后通过塔顶液体分布器均匀分布。 最后流回填料顶部，最后流入塔釜。
待全塔状态稳定后，记录回流流量、回流温度、塔顶升汽温度、塔顶、塔釜压力。 同时从塔顶和塔釜取样，并对样品进行气相分析。 经过色谱仪的分析处理后，得到样品组成，并利用方程计算出理论塔板数。
为了减少测试中的误差，先从低到高进行一组测试，再从高到低进行一组测试，再从高到低进行一组测试。
3、材料对填料传质特性的影响
HETP是表征填料传质特性的重要指标，其值为理论层数的倒数。 当等塔板高度越大时，获得一个理论塔板高度所需的填料厚度越大，这意味着填料的传质能力越低。
当等板高较小时，填料在相同板高时理论填料层数较多，且板高相等时填料的传质效果较好。 其中，富硅SCFP-1-71*6.5 HETP最大，但传质能力最差，而纯硅SCFP-2-71*6.5传质能力最大，填充量可达最多 10 块理论板。
随着气体负载系数的增大，HETP也增大，即传质性能会下降。 这是因为在较低的F因子下，液体流速较慢，导致液体在碳化硅表面微孔的毛细管作用下沿着碳化硅填料的三维骨架流动。 此时，以液体主流流动方式为准。 壁流。
这一特点可以实现液体在填料内的均匀分布，及时补充并增加液相在空气中的接触面，从而提高传质效率。
流体速度随着F系数的增大而增大。 当流体速度较大时，流体可以克服毛细管效应，直接流经填充层表面，而不是沿着三维空间的骨架移动。
此时液体的主流流动方式由准壁流方式转变为液膜流方式。 这种变化会逐渐在填料表面覆盖一层液膜，使气体难以渗入填料内部的孔隙，减少气液相。 传质面积减少，从而削弱了填料的传质性能。
另外，通过对片状填料进行流体流动试验，还发现在低流体流速时，片状填料表面会出现明显的涡流，涡流现象会加剧流体的湍流。
因此，填料表面的液相更新速度加强，传质性能提高； 当液相流量增加时，涡流现象会减弱，而气相负荷与液相负荷正相关，气相负荷增加也会增加顶部回流液体的流量。塔内，从而减弱填料表面的涡流现象，从而降低传质性能。
纯2-*型的整体HETP低于富硅SCFP-1-*，这表明纯SiC3 SiC型的总HetP高于富SiC和SCFP-*型。 1-* 类型。
对比两种材料的原材料和工艺，结果表明，富硅碳化硅填料具有更致密的织构，其碳化硅骨架比纯碳化硅类更粗。 在相同体积空间内，富硅碳化硅骨架的数量较少。
同时，由于填充材料具有较大的三维连通骨架，流体很难在填充材料上自由流动，从而降低了填充材料的孔隙率。
由于结构过于致密、过厚，本应连通的空腔因结构致密而被隔离、封闭。
由于孔隙连通性的降低，影响了填充材料的孔隙特性，导致气液两相接触面积显着减小，传质效率降低。
纯碳化硅具有明显的三维骨架结构。 与富硅填料相比，它沿骨架携带更多的液体，具有更大的气液相传质面积，因此具有更好的传质性能。
这是因为当气相流量增大时，气液与填充层之间的相互摩擦引起的形状阻力增大，气体的能量损失也增大，从而呈现出压降。
在试验确定的小气体负荷范围内，各填料之间的压降无明显差异，每米填料的平均压降在150Pa以下。
气体在填料中流动时的压降主要是由于气体与液体、填料表面的摩擦以及流道变化引起的形状阻力造成的。
在较小的气相负荷下，塔底上升蒸气的气速较小。 此时，气流通过不同类型填料所产生的摩擦阻力大致相同。 另外，气速越小，由流量变化引起的物理阻力也越小。 ，差别不大。
4. 填料片的液滴润湿特性
泡沫填充材料内部复杂的空间构型不仅产生纵向，而且产生横向，极大地强化了气相和液相之间的传质界面，使其具有比传统填充材料更高的传质效率。
液体在薄层上的横向扩散能力可以用横向扩散长度来表征，它不仅可以反映填充材料本身的液相分布能力，还可以反映填充材料孔隙性质的强弱。
不同孔隙率下，富硅填料的横向扩散长度随着孔隙率的降低而增大，且孔隙率越低，SiC骨架数量越多，拟壁流的流型越强，从而促进液相。 扩散。
对于纯碳化硅类填料，横向扩散长度不随孔隙率发生显着变化。 这可能是由于孔隙率较小的SCFP-2-61*7.5填料比SCFP具有较大的压缩比且骨架层数较多。 -2-65*6.5 以上。
两者的横向扩散长度随着流量的变化而变化，从而在一定程度上弥补了孔隙缺陷带来的性能差异。
总体而言，纯SiC型填料的液相润湿面积和横向润湿长度均优于富SiC型填料。 这是因为
结果表明，纯SiC填料比富Si填料具有更好的传质特性。
对于富硅填料，润湿性随着孔隙率的增加而降低，而对于纯碳化硅，增加孔隙率和压缩比可以有效提高填料的润湿性，这与其传质性能的变化有关。 一致，即润湿性越好，传质效率越高。
结论
由于泡沫SiC波纹结构填料的孔隙率较高，填料内的气液传质过程较为复杂，难以对其传质系数等因素进行更详细、全面的研究。
有必要进一步探索适当的方法，更直观、更深入地研究影响填料传质特性的各种因素。
参考
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