伴有瞬时化学反应微溶固体颗粒的气液传质

为研究瞬时化学反应性固体颗粒对气液传质过程的影响,对伴有瞬时反应性固体颗粒/水浆料体系吸收气体过程进行了理论分析。考虑了固体颗粒在气液界面附近的溶解,以及固体颗粒尺寸对传质的影响,将cell模型融入溶质渗透理论,建立了气液二相间传质模型,并对模型进行了解析求解,得到了液相传质系数的解析表达式。结果显示:固含率、固体颗粒尺寸和溶解度对气液传质过程具有重要影响,液相传质系数随固含率和固体颗粒在液相中饱和浓度的增加而增大,随固体颗粒粒径增大而减小。在搅拌式反应器中利用Mg(OH)2/水浆料吸收SO2气体,对传质模型进行了实验验证。模型计算结果与实验值吻合良好。     

并流降膜塔液相传质系数实验研究

水吸收含１０％ＣＯ２的混合气为体系，测定了并流降膜塔中液相传质系数与气液相流量的关系。液相传质系数与液相流量基本呈线性关系。在较低气相流量情况下，液相传质系数ｋＬ随气相流量的增加而增大，但当气相流量超过某一定值时，随着气相流量的增加反而减小。     

规整填料塔中离子液体吸收CO2的传质与流体力学性能

在规整填料塔中采用离子液体吸收二氧化碳气体,利用计算流体力学(CFD)软件建立可靠的数学模型,系统考察了离子液体结构及规整填料几何参数对吸收过程的传质特性和流体力学性能的影响规律。结果表明,床层压降随气体流速增大而增大,液相传质系数随液体流速的增大而增大。相同阴离子时,随着阳离子碳链长度的增长,吸收过程压降增大,同时液相传质系数减小。相同阳离子时,不同阴离子的离子液体压降大的同时传质系数也大。但离子液体的结构对压降影响不明显。离子液体筛选主要考虑传质系数和溶解度因素,但二者与离子液体结构表现出相反的规律。两种折线结构的规整填料传质性能优于传统的X型和Y型结构。     

微通道反应器内CO2传质反应行为研究

以水平放置圆形截面的微通道反应器,进行K_2CO_3-CO_2两相流传质实验。研究气速、液速、管径以及反应时间对微通道中瞬时吸收速率及气液两相传质的影响。实验结果表明:雷诺数Re与流动状态关系与传统理论类似;微通道中气液两相传质系数在0.1—6 s~(-1)之间,K_(La)随液体表观速率的增大而增大;随气体表观速率的增大而减小,属于液膜控制反应;随通道尺寸的增大,传质系数减小;瞬时吸收速率随时间先增大后减小并趋于平稳。     

孔隙率对膜吸收过程影响的实验研究

采用纯CO2-去离子水和0.1 mol·L-1NaOH溶液为实验体系,选用8种具有不同微观结构的板式膜,研究了膜厚度、孔隙率,微孔形态等对膜吸收过程中传质性能的影响.结果表明,不同的微孔形态(拉伸孔、柱状孔)以及所用膜的厚度对膜吸收过程传质性能的影响较小,在吸收速率较快时孔隙率会影响膜吸收过程的传质性能.同时,还对溶质在液相侧表面的传质行为进行了探讨,结果表明膜孔隙率对膜吸收过程的传质性能的影响与流动状态、反应体系、微孔间距等多因素有关.     

不同流型下离子液体-MEA复合工质降膜吸收CO2特性

以氨基酸离子液体和乙醇胺混合水溶液为吸收剂研究逆流气体对竖直平板降膜流型转换的影响,考察了3种流型下液体流量和入口温度、气体流量和进口CO₂浓度对CO₂吸收性能的影响。结果表明:随着液体流量的增加,液膜呈现溪流、片状流和完整流3种流型,降膜流型转换临界流量随逆流气体流量增大而增加;溪流和片状流时CO₂吸收速率随液体流量的增加而增加,但在完整流条件下基本不变;完整流下具有较高的CO₂吸收速率,然而溪流下的液相传质系数最高。     

填充密度对新型中空纤维膜接触器分离性能和传质的影响

采用聚丙烯中空纤维膜接触器作为新型精馏结构填料对甲醇水溶液体系进行了精馏分离过程的实验研究,探讨了填充密度对中空纤维膜接触器分离性能和过程传质的影响.结果表明,填充密度为4.7%时,接触器塔顶甲醇浓度比填充密度为9.5%时的高,且两种填充密度的膜接触器组件均可在远离常规填料液泛线以上的气速范围操作.随着气速逐步增大,传质单元高度变大,壳程气相传质系数随之变大,填充密度高的组件的气相传质系数较小.     

微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫性能的研究

对中空纤维膜接触器用于烟气脱硫的工艺进行了实验研究并建立了脱硫率计算模型。采用疏水性聚丙烯中空纤维膜组装膜组件,用SO2钢瓶气与空气配制模拟烟气,气相走中空纤维膜内侧,以Na2SO3溶液为吸收剂进行脱硫实验研究。实验结果表明,该脱硫工艺脱硫率高且稳定。当Na2SO3吸收液浓度大于5%,液相阻力可以忽略;脱硫率随气速的增大而减小,而随膜组件有效长度、膜传质系数的增大而增大。忽略液相传质阻力,用传质速率与物料衡算方法及传质经验关联式,建立微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫率计算模型,模型计算值与实验值误差小于9.5%,模型能比较可靠地模拟烟气脱硫过程,通过该模型可以快捷计算脱硫率。     

ZSM-5型分子筛强化水吸收CO_2

在难溶气体吸收体系中加入第3分散相粒子是强化传质过程的一个重要手段,文中采用恒温搅拌釜对ZSM-5型分子筛/水浆料强化CO2的吸收过程进行了实验研究,考察了硅铝摩尔比(120,150,360)、固含率和气相CO2体积分数对增强因子的影响。结果表明:随着分子筛硅铝摩尔比的增加,其疏水性增强,增强因子随之增大;随着分子筛固含率的增加,气液界面处颗粒的覆盖率增大,增强因子迅速增大,当气液界面处颗粒的覆盖率逐渐接近最大覆盖率时,则增强因子逐渐趋于恒定值;随着气相CO2体积分数的增加,溶质在溶液中的扩散作用逐渐增强,而分子筛颗粒输运作用逐渐减弱,增强因子减小。针对分散相微粒增强难溶气体的吸收过程,提出了一个三维非均相传质模型,计算结果和实验数据吻合良好。     

旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质

应用CO2-MDEA气液吸收体系,对旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质过程进行了定量的模型研究。在所有反应都可逆的情况下,根据Higbie渗透理论建立了旋转床中CO2-MDEA体系的扩散-反应传质模型。通过模型对传质过程的定量描述以及实验结果对模型的验证,超重力旋转床的强化作用可进一步被揭示为:由于不断更新的液膜使得可溶性气体在液膜内形成较大的浓度梯度,从而极大地增大了传质系数,强化了传质;旋转床的强化作用是在动态的传质过程中完成的,液膜的寿命越短则传质系数越大。在不同转速、温度、MDEA浓度和气液流量条件下进行了实验,本文模型的模拟值和实验结果吻合较好。     

Effect of Membrane Structural Characteristics on Mass Transfer in a Membrane Absorption Process

Carbon dioxide is absorbed by de-ionized water or NaOH aqueous solution in the unsteady-state membrane absorption process. A theoretical model has been developed to describe the mass transfer behavior in the liquid phase, in which the effects of membrane structural characteristics are investigated. The concentration profiles in the liquid phase are calculated as a function of time. When the membrane porosity is relatively high or the pore size is relatively small, the solute concentration profile near the membrane surface can get homogeneous instantly due to the short distance between adjacent pores. In this case, the existence of the porous membrane has less effect on the mass transfer process. However, when the membrane porosity is relatively low or the pore size is relatively large, the distance between the adjacent pores is large, so the concentration profile near the membrane surface is hard to get homogeneous during the absorption process. Therefore, the concentration profile can be influenced significantly by the membrane structural characteristics, which means that the membrane structure has a significant effect on the mass transfer in liquid phase. Moreover, the chemical reaction in the liquid phase makes it difficult for the concentration profile near the membrane surface to get homogeneous. The disturbance in the liquid phase caused by the gas flow and pressure fluctuation is also taken into account in the model, and the model results agree well with the experimental data.     

酸性气体膜吸收过程中浓差极化

用聚丙烯中空纤维膜吸收器，针对酸性气体膜吸收传质过程，根据浓差极化时存在局部高浓度区的特点，分别进行了SO2/空气混合气和CO2/空气混合气中酸性气体的选择性吸收实验. 实验测定了SO2和CO2两种不同酸性气体在不同浓度吸收液及不同液速下的总传质系数，比较了两种酸性气体在液相侧的传质特性，根据两组份间化学反应机理的不同，分析了浓差极化对膜吸收过程的影响.     

Experimental Study of the Effect of Membrane Porosity on Membrane Absorption Process

Abstract

Five kinds of expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) flat membranes with different porosity and micro‐pore size were chosen to carry out the unsteady state gas absorption experiments. The influence of the membrane porosity and micro‐pore size on the membrane absorption process was investigated. Experimental results showed that the membrane porosity had an impact on the membrane absorption process, and the degree of this impact depended on the absorption system and the membrane pore size. For a rapid mass transfer process, the porosity affected the mass transfer more significantly, while for the slow mass transfer process the porosity almost did not affect the mass transfer. The modeling analysis showed that the porosity affected the concentration profile of the solute near the membrane surface on the liquid side, which led to the reduction of the mass transfer area of the membrane. Hence, the apparent effect on the mass transfer of the membrane absorption process.     

第二液相对气液二相体系传质的影响

以CO2气体-K2CO3/KHCO3水溶液吸收过程为研究体系,用酸解法测量气体被吸收的速率,通过对比试验考察了加入第2液相(有机相)对体系传质速率的影响。经过试验研究证明,第2液相的加入对气液传质过程的影响程度与加入的物质有关,在试验条件下甲苯对体系强化作用高于异辛醇和庚烷对体系的强化作用。当第2液相加入量较小时,随加入量的增加,其对气液传质过程的促进作用增强,但当第2液相加入量较大时,这种作用则不明显。同时第2液相对传质作用的影响与流动场有关,增加流动场的搅动有助于强化气液传质作用。     

离子液体水溶液-气体水合物对CO2的双捕获工艺

设计了以离子液体[APMIM]Br水溶液吸收-生成水合物捕获CO2工艺流程,并利用CO2在该离子水溶液中的溶解度数据和在其中生成CO2水合物的相平衡实验数据进行物料衡算. 考察了水含量、压力和液气流量比对气体吸收-水合物生成的CO2双重捕获效果的影响,对比了气体水合物与离子液体水溶液捕获CO2的能力. 结果表明,在较高压力和水含量条件下,水合物捕获CO2的效应强于离子液体溶液;较低压力下离子液体溶液吸收CO2起主要作用. 与纯水合物法相比,双捕获工艺具有一定优势,且突破了单纯水合物脱碳的压力和CO2含量要求高的局限性. 当原料气中CO2低于65%(j)时,系统的脱碳效率低于40%,对于CO2含量较低的气体,其CO2的脱除性能回归至单纯离子液体溶液体系.     

膜基气体吸收过程中活化剂的活化性能比较

将AMP(2-甲基-2-氨基-1-丙醇)和PZ(哌嗪)作为活化剂,分别添加于MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液中组成复合溶液,在膜吸收装置上考察了其吸收CO2性能. 通过气液流速、气相组成、液相浓度、负载、膜组件结构和膜结构形态等对总传质系数Kov影响的比较,研究了具有多氨基环状结构的化合物PZ和空间位阻结构的化合物AMP在膜气体吸收过程中对传质的加强作用. 结果表明,多氨基化合物PZ比空间位阻胺AMP活化效应更大,PZ对传质的加强作用高于AMP,流体力学因素对传质的影响有限,活化剂的化学活化作用对传质的影响是关键性因素,动力学因素对传质具有本质上的作用.     

陶瓷膜接触器化学吸收氮氧化物的传质过程与阻力分析

针对选择性催化还原技术(SCR)存在装置大、运行费用高、催化剂中毒失活等问题，将平均孔径为100 nm的Al₂O₃陶瓷膜进行疏水改性并组装成膜接触器，以NaClO₂水溶液为吸收液，开展陶瓷膜接触器在烟气脱硝领域的应用研究。考察了陶瓷膜接触器在化学吸收脱硝中的稳定性，以及气体流量、吸收液浓度、吸收液流量、吸收液pH等因素对NO脱除率和传质通量的影响，基于阻力串联模型，建立总传质系数方程。研究表明，陶瓷膜接触器在连续600 min运行过程中，NO的脱除效率及传质通量分别稳定在99%和0.038 mol·m^-2·h^-1左右。进气流量的增加会促进NO的吸收，吸收液pH=3时具有最高的氧化吸收性能，同时提高吸收液的浓度会增强NO的脱除效果。NO的传质过程同时受气、液、膜三相阻力控制，传质阻力分析结果表明，可以通过增加气体流速减小气相阻力，增加吸收液浓度同时降低pH减小液相阻力。本研究在烟气脱硝领域具有良好的应用前景。     

鼓泡塔中低浓度表面活性剂对CO2吸收传质系数的影响（英文）

The effect of different surfactants (n-octyltrimethylammonium bromide (OTABr), sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) and Tween 80) with different critical micelle concentrations (CMC) on the CO2 absorption into aqueous solutions in a bubble column is analyzed in the present work. The presence of these surfactants in-creased the gas–liquid interfacial area, and decreased the liquid phase mass transfer coefficient, but with signif-icant different extent. The results indicated that the CMC can be a key parameter affecting the mass transfer of CO2 absorption into a dilute aqueous solution of a surfactant. Sardeing's model was used to fit the experimental data successfully by re-correlating the parameters.     

Experimental studies on the influence of porosity on membrane absorption process

Eight kinds of flat membranes with different micro-structures were chosen to carry out the membrane absorption experiments with CO₂ and de-ionized water or 0.1 mol·L⁻¹ NaOH solution as the experimental system. According to experimental results, the membrane pores shape (stretched pore and cylinder pore) and membrane thickness do not affect the membrane absorption process, and the membrane porosity has only little influence on membrane absorption process for slow mass transfer system. However, the influence of porosity on the membrane absorption process became visible for fast mass transfer system. Moreover, the mass transfer behavior near the membrane surface on liquid side was studied. The results show that the influence of membrane porosity on mass transfer relates to flow condition, absorption system and distance between micro-pores, etc. __________ Translated from Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities, 2007, 21(1): 14–19 [译自: 高校化学工程学报]