随着近代石油化工和精细化工的高速发展,对混合物的分离提出了更高质量和更高效益的要求,待分离的混合物往往是多组分或组分间沸点十分接近,而精馏理论成熟、设备简单、装置灵活,作为最有效最可靠的技术手段,得到了不断地发展。塔器为精馏核心设备之一受到了广泛应用,近年来,颗粒填料和规整填料以其低压降、高效率、高通量的优势,大有超过板式塔的势头,但无论是填料塔还是板式塔的开发,生产成本都较高且结构复杂,甚至在某些工况下还需要进行特殊设计,无形中又增加了工业成本。如何能在痕量精密精馏中既保留筛板的简单构造同时又能使板效率保持在较高水平是本文研究的重点,故而提出了一种名为复合式微尺度高效传质塔板——即在筛板上铺设一层筛网,并展开了一系列理论推导、实验测量及数值模拟的研究工作。本文以质量传递微分方程为基础推导出了气泡直径与传质系数、默弗里板效率的关联式:(?)精馏过程中,是气泡直径R对板效率的高低起决定性作用,因此破除大气泡,强化表面更新,增大两相接触面积,是提高分离效率的有效方法。本文自行设计微尺度板实验装置,对塔板的湿板压降、气含率及气泡特性参数进行了测定,并与筛板做出了对比。结果表明:微尺度板平均湿板压降高出筛板56%,达到了 0.499kPa,高能耗直接导致气液接触态转变的滞后;微尺度板气含率平均高出筛板4.29%;微尺度板的气泡平均直径仅为2.43mm,是筛板气泡平均直径的1/16,微尺度板的气泡平均上升速度仅为12.3cm/s,而筛板的为13.45cm/s;两种板结构内的气泡径向、轴向分布遵循类似的规律;得出了微尺度板适用范围的判断:精密精馏条件下的理论筛板的Murphree效率Ei.MV<0.25时,可考虑采用微尺度板。本文采用欧拉—欧拉两相流模型分别对微尺度板和筛板进行了气液流场的数值模拟,经验证简化的物理模型可以较真实地反映塔板上流体的流动情况。对比筛板讨论了微尺度板对气含率及气相速度分布的改变,微尺度板的气含率沿轴向高度呈梯度分布,改善了筛板中气相分布不均的问题;返混涡流的区域也相应减少。