新型旋转填料床强化气膜控制传质过程

转子结构为相互嵌套填料环的新型旋转填料床是基于强化气膜控制传质过程的新型高效传质设备,可适用于受气膜控制的吸收、精馏和低浓度工业气体的净化等过程。分别以化学吸收体系CO2-NaOH和物理吸收体系NH3-H2O测定了不同气量、液气比和超重力因子条件下的有效比表面积a和气相体积传质系数kya,并由此得到气相传质系数ky,对其传质性能进行研究。实验结果表明：a、kya和ky均随着气量、液气比和超重力因子的增大而增大。通过对比可知,新型旋转填料床的气相体积传质系数在相近操作条件下是文献逆流旋转填料床的2倍。并对实验数据进行了回归,拟合出了a、kya和ky分别与气相雷诺数ReG、液相韦伯数WeL和伽利略数Ga之间的关联式。     

多级雾化旋转填料床的传质性能

以两级雾化超重力旋转床为例,用化学吸收法考察了超重力因子β、液体流量、气体流量等对体积传质系数kyα的影响。结果表明:多级雾化超重力旋转床的体积传质系数随气液流量的增加而增加,在β较小时,实验曲线的斜率较大,kyα随β的增加急剧增加;但是当β超过100后,曲线的斜率减小,kyα随β的增加缓慢增大。     

新型填料结构旋转床传质特性

以CO2-NaOH溶液为工作介质,研究了填料特性、超重力因子、气体流量和液体流量等对不同填料结构旋转床传质特性的影响.结果表明:体积传质系数随液体流量、超重力因子和气体流量的增加而增大;对比六种填料结构的综合性能,不锈钢多孔波纹板和塑料多孔板填料结构较优;在相近的操作条件下,不锈钢多孔波纹板的体积传质系数比文献丝网错流旋转床高0.95～2.10倍、与逆流旋转床相当,比传统气液传质设备高1～2个数量级.对实验数据进行回归分析得出了体积传质系数的关联式,其平均误差小于10%.     

新型旋转填料床脱除烟气中SO2的实验研究

在新型旋转填料床中以NaOH为吸收液脱除烟气中的SO2,考察了超重力因子、液气体积比、进气量等因素对脱硫率(h)和气相传质系数(KGa)的影响及循环次数对脱硫率和溶液pH值的影响. 结果表明,h随超重力因子、液气体积比增加而增加,随进气量增加而降低;KGa随超重力因子、液气体积比、进气量增加而增加. 脱硫率和溶液pH值随循环次数增加呈下降趋势. 最佳操作条件为：超重力因子67,进气量55 m3/h,液气体积比(1.1~1.3)′10-3. 在该条件下,出口气体中SO2浓度低于100 mg/m3,h稳定在约98.7%,比多级雾化旋转填料床提高18.7%. 对实验数据进行回归,拟合出KGa与气相雷诺数ReG、液相韦伯数WeL和伽利略数Ga之间的关联式为     

超重力旋转填充床氧解吸过程的数值模拟

基于旋转填充床流体流动的可视化结果,建立了超重力旋转填充床气液传质过程的数学模型,模拟氮气解吸水中溶解氧的传质过程。模拟结果表明,缩短液相停留时间、提高液相扩散系数都能增大液相传质分系数kL;总体积传质系数KLa随超重力因子的增加而增大、随温度的上升而增大、随气相流率的增加略有下降、随液相流率的增加明显增大;空腔区传质贡献率随空腔区的增大而增大,随超重力因子的增大而减小;且短暂的停留时间是超重力旋转填充床对传质过程强化的本质原因。模型较好地符合文献的实验数据,误差在±16%以内。     

错流旋转填料床传质特性影响因素的实验研究

采用CO2-NaOH体系,在中试规模的实验装置上进行传质实验,考察了气速、液体喷淋密度、超重力因子、气液接触时间对错流旋转填料床的总体积传质系数KLa及有效传质比表面积ae的影响. 结果表明,KLa和ae均随气速、液体喷淋密度和超重力因子增加而增大,KLa随气液接触时间增加先缓慢增大后急剧下降,ae则随气液接触时间增加而缓慢下降. 最佳操作条件为：气速1.69 m/s,液体喷淋密度32 m3/(m2×h),超重力因子104,气液接触时间0.1 s. 错流旋转填料床在处理大气量气体时传质效果增强,是同类文献错报道的1.52~2.32倍. 对各操作参数下所得实验数据进行回归,得关联式KLa=1.8221(atDL/dp)ReL0.6371GrL0.0548ScL0.0623和ae/at=2980.9ReL0.2349FrL-0.045WeL0.5023f-0.5.     

超重力旋转填充床氧解吸过程的数值模拟

基于旋转填充床流体流动的可视化结果,建立了超重力旋转填充床气液传质过程的数学模型,模拟氮气解吸水中溶解氧的传质过程。模拟结果表明,缩短液相停留时间、提高液相扩散系数都能增大液相传质分系数k_L;总体积传质系数K_La随超重力因子的增加而增大、随温度的上升而增大、随气相流率的增加略有下降、随液相流率的增加明显增大;空腔区传质贡献率随空腔区的增大而增大,随超重力因子的增大而减小;且短暂的停留时间是超重力旋转填充床对传质过程强化的本质原因。模型较好地符合文献的实验数据,误差在±16%以内。     

旋转填料床中2种填料压降和传质特性的对比

分别以空气-水和磷酸钠溶液吸收模拟烟气中SO2为实验体系,对装填有θ环和波纹丝网填料的逆流旋转填料床压降和传质特性进行了对比研究,结果表明:在实验操作范围内,逆流旋转填料床的湿床压降随气量、超重力因子的增大而增大,受液量的影响很小;2种填料的湿床压降相差不大,且均低于750 Pa。2种填料的Kya均随喷淋密度、空床气速和超重力因子的增加而增大,当U=6 m3/(m2·h),u=0.73 m/s,β=85及更高的操作范围时,θ环填料的Kya比波纹丝填料高25%以上,说明θ环填料的传质性能明显优于波纹丝填料;最后得到装填θ环和波纹丝填料的旋转床湿床压降和体积传质系数的经验关联式。文中的研究结果对旋转填料床的设计和选型有重要意义。     

不同填料错流旋转填料床气液传质特性研究

为了探索不同填料错流旋转填料床的传质性能,以Na2CO3水溶液吸收空气中硫化氢为实验体系,对装有不锈钢丝网、塑料波纹孔板和θ环填料的错流旋转填料床的气液传质性能进行研究。实验确定的适宜操作条件为:超重力因子7.8,气体流量2 m3/h,液气比20 L/m3,碳酸钠质量浓度12 g/L;在此条件下,3种填料的脱硫率均可达到90%以上。在相同操作条件下,不锈钢丝网填料的脱硫率及气相总体积传质系数大于塑料孔板填料大于θ环填料;错流旋转填料床中,规整填料的气液传质效果优于乱堆填料。文中的研究结果为错流旋转填料床填料的选取及在脱硫方面的应用提供了依据。     

碟片填料旋转床气阻与气液传质实验研究

实验测量了超重力旋转床气液传质反应器在采用同心环波纹碟片填料的时的气相压降和气液传质特性,对不同转速,气流量,液流量条件下的气相阻力与气液传质性能进行了实验研究和分析,结果表明干床的气相压降是相同状态下采用金属丝网填料的气相压降的６０％左右。     

碟片旋转床气液传质特性实验研究

通过实验研究了旋转填料床在采用同心环波纹碟片填料时的气液传质特性,并考察了板间距对传质系数的影响。实验结果表明,碟片填料的体积传质系数在相同操作条件下比文献报道的金属丝网多孔介质填料高０．９～１．５倍以上。     

密封式错流旋转填料床气膜控制传质过程研究

在密封式错流旋转填料床中,利用浓度为0.926 mol/L的NaOH溶液吸收空气中体积分数为0.5%—1%的CO2气体,对气膜控制过程传质性能进行了研究。实验表明:密封式错流旋转填料床CO2的吸收率随气体流量的增大而减小,在低转速下随旋转填料床的转速增大气体吸收率上升较快,高转速时影响变小;转速大于1 000 r/min情况下,CO2的吸收率随液量的增大而上升,转速小于1 000 r/min情况下,CO2的吸收率随液量增大而变小。建立了密封式错流旋转填料床气膜控制过程的气体吸收模型,经验证实验结果与模型计算结果吻合较好。     

错流旋转填料床的质、热同传性能及传热机理研究

为了研究错流旋转填料床的质、热同传性能,采用热空气-氨水体系,考察了进气温度T、超重力因子β、液体喷淋密度q和气速u对错流旋转填料床传热性能的影响,在相同实验条件下对比了丝网填料和乱堆填料的传热性能。研究结果表明：气相体积传质系数k_ya_e、体积传热系数(Ua)_s随进气温度、超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大而增大;传热效率ε、传热面积A随超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大而增大;传热系数K随超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大几乎不变,从而揭示了错流旋转填料床强化气液直接传热的机理是通过提高传热面积进而提高体积传热系数,而不是显著提高传热系数。在相同条件下,以丝网为填料时k_ya_e和(Ua)_s分别是乱堆填料的1.09~1.63倍和1.24~3.53倍。     

化学吸收法测定多级离心雾化旋转填料床有效相界面积及体积传质系数

对多级离心雾化旋转填料床的有效相界表面积及体积传质系数,用化学吸收法做了实验测量。实验结果表明：多级离心雾化旋转填料床不仅具有超低气阻,而且可产生良好的喷雾扩展相界面积的作用,体积传质系数比传统填料塔提高一个数量级,接近气液逆流型旋转填料床。多级离心雾化旋转填料床开拓了新的气液传热传质途径。     

超重力旋转床中水脱氧过程的模型化研究

超重力旋转床是一种高效的强化传质和混合的新型设备。今提出了超重力旋转床中的水脱氧过程的传质模型,分别采用欧拉方法和拉格朗日方法对超重力旋转床中的气相和液滴的运动行为进行了数值模拟;在此基础上计算了液滴的传质系数,计算结果和实验结果符合较好,平均误差为7．9％。当超重力旋转床中液体存在的主体形式更接近于液滴时,模型计算结果误差减小。进一步讨论分析了液体和气体流量、转速以及填料内径的变化对于超重力旋转床体积传质系数的影响,分析表明旋转填料对液体剧烈地剪切破碎分散作用是强化传质过程的主要原因。     

翅片导流板填料应用于旋转填料床的特性

For an alcohol/water system and with fin baffle packing, continuous distillation experiments were carried out in a rotating packed bed (RPB) system at atmospheric pressure. The effects of the average high gravity factor (β), liquid reflux ratio (R) and feedstock flux (F) on the momentum transfer and mass transfer were investigated. The gas phase pressure drop of RPB increased with the average high gravity factor, liquid reflux ratio and feedstock flux, which was 13.55-64.37 Pa at β of 2.01-51.49, R of 1.0-2.5, and F of 8-24 L&;#8226;h－1 for a theoretical tray in the RPB with fin baffle packing. The investigation on the mass transfer in the RPB with different packings showed that the number of transfer units of RPB with a packing also increased with the average high gravity factor, reflux ratio and feedstock flux. It is found that the fin baffle packing (packing III) presents the best mass transfer performance and lowest pressure drop for the height equivalent to a theoretical plate (HETP), which is 6.59-9.84 mm.