分离空间结构对旋流器流场和传质面积的影响

为了揭示分离空间结构对水力喷射空气旋流器(WSA)的气液传质性能影响作用机理,采用雷诺应力模型(RSM)和流体体积多相流(VOF)模型对圆柱型和柱锥结合型水力喷射空气旋流器内部耦合场进行了数值模拟,并以CO_2-NaOH化学吸收体系测定了这2种分离空间结构WSA的有效比相界面积。结果表明:分离空间结构对WSA内的射-旋流耦合场中轴向、切向和径向速度分布都有较大影响。柱锥结合型WSA的耦合场具有较高的切向速度、较低的轴向速度和较稳定的径向速度;而圆柱型WSA的耦合场具有较大的轴向速度、较小的切向速度和稳定性较小的径向速度场。与圆柱型WSA相比,柱锥结合型WSA的流体湍动能和有效比相界面积高于前者,这是后者传质效率高的主要原因。     

水力喷射空气旋流器分离空间结构对气液传质性能的影响

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种利用液体射流在气体旋流场中雾化强化气液传质的新型传质设备, 可广泛用于废水、废气处理等环境工程过程中。为了优化水力喷射空气旋流器的分离空间结构, 本文通过废水氨氮吹脱实验对柱锥结合形WSA和柱形WSA分别进行了气液传质性能研究。研究结果表明, 分离空间结构对水力喷射空气旋流器的气液传质性能存在影响。在相同工作条件下, 与柱形WSA相比, 柱锥结合形WSA具有更好的气液传质性能和略高的气相压降, 后者吹脱氨的体积传质系数提高了约8%, 主要原因在于柱锥结合形WSA内部具有更好的射旋流耦合雾化作用和离心超重力强化传质的综合效果, 使得两相比传质面积增大, 传质效率增高。研究结果可为设计传质性能良好的WSA提供设计依据。     

水力喷射-空气旋流器中气液传质特性及其机理

对一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)的传质机理进行了研究。分别采用化学吸收法(CO₂-空气-NaOH体系)和物理吸收法(CO₂-空气-H₂O体系)测定了不同进口气速、不同液体喷射速度下的有效相界面积a和液膜传质系数k_L,并由此得到体积传质系数k_La。结果表明,由于WSA中气液间的强交互作用,a、k_L以及k_La均随进口气速和液体喷射速度增大而增大。采用量纲分析法对实验数据进行了归纳,拟合出了a、k_L和k_La随气相Reynolds数Re_g、液相Weber数We_L之间的经验公式:a=0.0024Re_g^1.25We_L^0.079,Sh_L=35.31Re_g^0.2303We_L^0.13,k_La=6.52×10^-8Re_g^1.48We_L^0.21,这些关联式能较好地预测WSA的传质性能。研究还表明,在WSA中的气液射-旋流传质体系中,传质过程符合双膜理论、表面更新理论和溶质渗透理论,但以表面更新机理为主。     

水力喷射-空气旋流器中微粒强化气液传质及其机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,研究了第三相固体粒子对气液传质的影响。分别采用化学吸收法(CO₂-空气-NaOH体系)和物理吸收法(CO₂-空气-H₂O体系)测定了不同固含率c_s、进口气速u_g、液体喷射速度u_L下的有效相界面积a和液膜传质系数k_L,并由此得到总体积传质系数k_La和增强因子E。结果表明,随着粒子固含率增大,k_L、a、k_La和E先增大后减小,存在一适宜固含率。在不同进口气速和液体喷射速度下,加入微粒后,k_L、a、k_La均增大,但E随进口气速和液体喷射速度增加而减小。微粒加入后,主要从a、k_L和表面更新频率S这3方面强化了气液传质,但主要是通过增强表面更新频率S而实现的。     

底部挡板与进气位置对水力喷射空气旋流器传质性能的影响

水力喷射空气旋流器(water-sparged aerocyclone,WSA)是一种利用液体射流在气体旋流场中雾化强化气液传质的新型传质设备,可广泛用于废水、废气处理等环境工程中。为了改进水力喷射空气旋流器结构,提高其气液传质性能,本文通过废水氨氮吹脱实验研究了进气口轴向位置以及底部挡板的设置对气液传质性能的影响。实验结果表明,进气位置与底部挡板对水力喷射空气旋流器的气液传质性能存在影响。在相同工作条件下,气相进口沿轴向下移对WSA内气液传质性能作用较小,但能够使其气相压降降低约为10%。在WSA主筒体底部液封区域设置挡板,能够强化WSA底部气液两相的混合,进而提高低液相循环流量下WSA内的气液传质性能,且随进气速度的增加,其效果越显著,研究结果可为设计传质性能良好的WSA提供设计依据。     

水力喷射空气旋流器中射流雾化过程模拟及其机理

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种新型高效的气液传质反应设备。采用雷诺应力模型和VOF两相流模型较好地模拟了WSA的气相压降特性、液相回流比和射流雾化过程,并讨论分析了雾化过程的机理。模拟和实验研究表明,WSA的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区、压降过渡区和高压降区4个特征区域,并给出了不同压降区域之间转折点气速的计算方法。射流在这4个压降区域里,分别表现为稳态射流、变形与袋式破碎、袋式破碎与剪切雾化和剪切雾化与离心分离等流态。射流在压降过渡区与高压降区的转折点左右实现充分雾化并达到最大相间传质面积。研究结果为建立基于WSA压降特性的射流雾化与流场调控方法提供了理论依据。     

水力喷射-空气旋流器用于湿法烟气脱硫及其传质机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,以Ca(OH)₂料浆为吸收剂进行了模拟烟气湿法脱硫的实验研究。结果表明:脱硫率随进口气速增加而增加;随液体喷射速度增加先增加,增加到一定程度后几乎不变;随烟气中SO₂的进口浓度增加而减小,存在一适宜的Ca(OH)₂浓度和回流比。在气体流量24～72 m³·h^-1、循环液体量0.4～0.8 m³·h^-1、料浆中Ca(OH)₂浓度7500 g·m^-3时,对SO₂浓度为1891～6373 mg·m^-3的烟气进行湿法脱硫,脱硫率达88.9%～97.7%,且WSA的旋流气体和喷射液体在湿法脱硫中具有自清洁能力,未发现内部结垢和喷孔堵塞现象。总体积传质系数K_Ga、有效相界面积a均随进口气速u_G增大而增大,而总传质系数K_G随u_G增加变化较小;当液体喷射速度 u_L≤0.26 m·s^-1时,K_Ga和K_G随u_L增加快速增大,之后增加缓慢,而a随u_L几乎线性增加,K_Ga和K_G随吸收剂中Ca(OH)₂浓度c_L增加有一最大值。结合实验数据拟合得到了相关的经验公式,这些关联式能较好地预测WSA的湿法脱硫传质性能。气体旋流场强度对总体积传质系数K_Ga和有效相界面积a起支配作用,脱硫传质过程同时受气膜和液膜阻力控制,但以液膜控制为主。     

水力喷射空气旋流器吹脱处理挥发性有机物废水

采用超重力气液传质设备水力喷射空气旋流器(WSA)对乙苯模拟的VOC废水进行吹脱处理,考察了废水初始浓度、进口气速、射流流速、废水温度等因素对处理过程传质效率的影响。结果表明,进口气速越大、废水温度越高,VOC吹脱去除传质效率越高;射流流速加大,VOC的吹脱处理效率先增大后保持不变;废水初始浓度对VOC的吹脱去除效率影响较小。初始浓度为45 mg/L的VOC废水,采用WSA吹脱处理3 min后,VOC的去除率可高达99%以上,气液传质效率是曝气柱等传统设备的2倍以上。     

喷射型环流反应器中气含率和液速的分布

喷射型环流反应器拥有良好的固体悬浮、液相混合与气液传质性能。在表观气速0.065-0.105 m?s-1的半间歇操作条件下,实验测量了喷射型环流反应器内的气含率以及液速的空间分布。在实验的基础上对反应器进行了三维瞬态的CFD模拟,并且用耦合群平衡模型(PBM)来模拟系统内气泡的聚并破碎行为。喷嘴的高速射流产生一定比例的大气泡驱动液体循环,使循环液速成倍增加。大气泡浮升过程中逐渐破碎成小气泡,导致提升管内的气含率随着轴向塔高增高而增大,降液管中也有类似的分布。实验和模拟都表明,喷射型环流反应器内由于喷嘴的使用导致了分布器影响区的明显延长,不存在流动充分发展的区域。     

微通道分流弹状流的界面过程及压力演变规律

弹状流分流不仅能调控两相流流型从而强化传热,同时也是生物化工、制药行业的传统过程。针对壁面微通道分流液相、调控两相流型的过程进行数值模拟,获得局部参数变化规律,是获得两相流流型演变机理的基础。采用VOF模型耦合动态自适应网格精准追踪气液界面,模拟气液界面在分液口的界面运动;获得轴向及壁面静压、动压的演变规律。通过模拟可知微通道分流弹状流的关键是气弹在分液口的类活塞运动;同时由于界面拉普拉斯压力差的存在,弹状流压降具有不连续性;且此不连续压力随气弹在分液口的类活塞运动具有周期波动性。而弹状流液桥部分的局部压降是影响总压降的关键;近气弹头部的液相区压降显著,近气弹尾部的液相区域由于液速降低其压降明显衰弱;此为弹状流有别于其他两相流流型的压降特点。