泡沫陶瓷填料旋转填充床微观混合性能

采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应为工作体系,以离集指数（X_S）表征微观混合性能,实验考察了物料体积流量、H⁺浓度、旋转填充床转速、物料体积流量比等对两种不同孔径的新型整体泡沫陶瓷填料旋转填充床的微观混合性能的影响。结果表明,孔径较小的泡沫陶瓷填料更利于微观混合;H⁺浓度、进料体积流量比的增加会导致X_S增加;而旋转填充床转速、进料流量的增大都可使X_S下降。在实验研究的基础上,利用团聚模型计算泡沫陶瓷填料旋转填充床微观混合时间（t_m）,得到t_m范围为0.385～8.55 ms。与传统不锈钢丝网填料对比,泡沫陶瓷填料t_m最小值（0.385 ms）低于不锈钢丝网填料的t_m最小值（1.6 ms）,表明泡沫陶瓷填料的微观混合性能优于传统不锈钢丝网填料。     

装填不同填料的管式反应器的微观混合性能

采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应为工作体系,以离集指数(XS)表征微观混合性能,实验考察了Reynolds数Re、物料体积流量比对装填扁环填料和网架填料的管式反应器的微观混合性能的影响及离集指数在管式反应器轴向、径向的分布。结果表明,XS随着Re的增大而下降,而物料体积流量比的增加会导致XS增加,相同条件下网架填料的XS小于扁环填料,离集指数在轴向上呈现先明显降低后基本不变的趋势。在实验研究的基础上,利用团聚模型计算装填网架填料的管式反应器的微观混合时间(tm)为4.82~2.27 ms。与扁环填料对比,网架填料最小值(2.27 ms)低于扁环填料的最小值(2.73 ms),同时二者均小于空管的最小值(3.79 ms),表明装填填料可以改善管式反应器的微观混合性能,网架填料的微观混合性能略优于扁环填料。     

装填不同填料的管式反应器的微观混合性能

采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应为工作体系,以离集指数（X_S）表征微观混合性能,实验考察了Reynolds数Re、物料体积流量比对装填扁环填料和网架填料的管式反应器的微观混合性能的影响及离集指数在管式反应器轴向、径向的分布。结果表明,X_S随着Re的增大而下降,而物料体积流量比的增加会导致X_S增加,相同条件下网架填料的X_S小于扁环填料,离集指数在轴向上呈现先明显降低后基本不变的趋势。在实验研究的基础上,利用团聚模型计算装填网架填料的管式反应器的微观混合时间（t_m）为4.82~2.27 ms。与扁环填料对比,网架填料最小值（2.27 ms）低于扁环填料的最小值（2.73 ms）,同时二者均小于空管的最小值（3.79 ms）,表明装填填料可以改善管式反应器的微观混合性能,网架填料的微观混合性能略优于扁环填料。     

规整丝网填料旋转填充床的气相压降特性及脱硫性能

采用空气-水体系,对装有4种不同规格规整丝网填料的旋转填充床的压降特性进行了实验研究,考察了转速、气体流量、液体流量等操作参数及填料特性对气相压降的影响规律,并与传统不锈钢波纹丝网填料旋转填充床压降进行了比较. 结果表明,装有规整丝网填料的旋转填充床压降可降低35%~70%. 进一步采用压降较低的规整丝网填料以(NH4)2SO3为吸收剂进行氨法脱硫性能研究,结果表明,随转子转速和(NH4)2SO3浓度增大,SO2脱除率升高;随进气口SO2浓度升高及气液比增大,SO2脱除率降低;SO2脱除率最高可达97%,可满足国家排放标准.     

旋转填充床内微观混合的数值模拟

旋转填充床作为新型的高效反应传质设备,广泛应用于快速反应过程,如制备纳米粉体材料.对旋转填充床内微观混合进行研究,有助于进一步认识旋转填充床内高度分散液体微元在填料丝网中的流动行为和分散混合机制,为旋转填充床内液液反应混合制备纳米材料提供理论基础.基于公开文献报道的实验观测结果,通过合理假设,建立了旋转填充床内微元流动的物理模型.在该物理模型的基础上,结合此前提出的湍流混合与反应模型,模拟计算了液体微元经过实验条件下50层丝网填料最终流出填料空间的浓度分布.由浓度分布得到的微观混合特征指数与实验值进行了对比,吻合良好.     

旋转填充床中微观混合实验研究

采用 １萘酚与对氨基苯磺酸重氮盐偶合竞争串联反应体系，对旋转填充床内的微观混合进行了实验研究，得到了转速、浓度、流量、体积比等因素对离集指数影响规律，并对之进行了合理的解释和分析。结果表明，旋转填充床中微观混合能被极大地强化，可成为适合快速反应的新一代反应器     

撞击流-旋转填料床合成超细平台燃烧催化剂β-Cu

平台燃烧催化剂2,4-二羟基苯甲酸铜粉体的超细化是基于微观混合对沉淀反应影响原理的分析以及撞击流-旋转填料床的微观混合机理提出的。通过对撞击流-旋转填料床的微观混合时间理论计算表明,撞击流-旋转填料床的微观混合时间为0.04~5 ms,可以满足合成反应(特征时间3.8 s)对反应器的要求。利用IS-RPB反应器合成了体积平均粒径610 nm的超细2,4-二羟基苯甲酸铜,且粒度分布范围窄。     

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%.     

旋转填充床基础研究及工业应用进展

超重力技术突破了地球重力场的限制,是强化传递和混合过程的一项突破性新技术,其核心装置是旋转填充床。回顾前人几十年的不懈努力,旋转填充床已经在基础研究和工业应用中取得了长足的进展。本文主要介绍了旋转填充床的基础研究最新成果及工业应用案例。阐述了旋转填充床填料的种类和特点以及旋转填充床内部流体流动、传质与微观混合的研究进展,研究了不同填料的优缺点及适用环境,指出了各种可视化技术手段的优势及局限性,并提出了进一步强化旋转填充床的传质和微观混合性能的新思路。应用研究综述了近些年来旋转填充床的工业应用案例,包括高端化学品制造、海洋天然气净化、纳米材料制备、环保等领域,并展望了旋转填充床的工业应用前景。     

旋转填充床中微观混合模型与实验验证

根据旋转填充床中液体流动和混合特征,建立了一个新的复合式微观混合模型,并对串联竞争反应的标准体系进行了模拟和实验验证。结果表明,在旋转填充床内,当体积比α较小时（如α＝2）,微观混合影响很小,过程处于化学反应控制区;当α较大时（如α＝20）,过程处于微观混合作用区,提高转速使离集指数降低,流量增加对离集指数影响很小;考虑液体初始宏观分布不均匀对混合的影响,模型计算结果与实验结果吻合良好。     

管式填料床反应器内的湍流微观混合研究

采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系研究了管式填料床反应器内的湍流微观混合.通过沿程取样分析来考察离集指数(Xs)沿反应器轴向位置的分布.实验结果表明,反应物在管式填料床反应器内的离集主要发生在反应物开始相遇的区域且随着流速的增加离集状况得到明显改善.在实验基础上,采用团聚(Incorporation)模型计算得到管式填料床反应器的微观混合时间tm在1×10-3s到4×10-3s之间,明显小于搅拌槽反应器内的微观混合时间.相对于搅拌槽反应器,管式填料床反应器更适合于快速反应.同时研究表明,丝网填料的加入能提高微观混合效率.     

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。     

网板填料复合旋转床的传质性能

网板填料复合旋转床(RCB)是一种有别于填料床和折流床的新型旋转床,具有传质效率高和压降小的特点。以乙醇-水溶液为物系,在常压、全回流操作条件下,对同心环网板、同心环网板间径向填充鲍尔环、轴向填充鲍尔环、周向填充鲍尔环的这四种转子进行精馏实验。结果表明:网板填料复合旋转床的等板高度随气相表观动能因子和转速的增大出现最小值,在转速800 r min 1,气相表观动能因子1.3 kg0.5 m 0.5 s 1时,其值为28 mm。鲍尔环的填充有利气液传质,其不同填充方式的气相总体积传质系数由大到小的顺序为:周向填充、轴向填充、径向填充、无填充。     

两股无预混流体湍流混合与反应过程的数值模拟

旋转填充床作为新型的高效反应传质设备,广泛应用于快速反应过程,如制备纳米粉体材料.但是旋转床内的混合机理以及混合与反应的相互关系尚不清楚.作为旋转填充床内流动、混合与反应过程一种初步的简化,针对两股无预混反应物料在通过丝网之后的湍流混合、扩散及反应行为进行了数值模拟研究,以求为实际应用中涉及多层丝网的旋转床内的混合反应机理的研究提供基础.对两股无预混反应物料的湍流流动与组分混合过程,应用双方程k-ε湍流模型进行了模拟计算.对于所涉及的化学反应过程,建立了瞬时封闭模型进行模拟.模拟的混合层厚度、平均浓度及浓度协方差等与文献公认结果进行了对比,二者吻合良好,平均浓度的偏差不超过10%.     

超重力法回收火炸药厂的混合溶剂

为回收三元混合溶剂（丙酮、乙酸乙酯、水）对HMX转晶时挥发的部分溶剂（丙酮和乙酸乙酯）,采用高效传质的旋转填料床对其进行了回收利用。考察了转速、液体流量和循环时间对吸收效果的影响。结果表明,转速和液体流量对混合溶剂的吸收有明显影响,实验的最佳操作参数为转速1000r/min,液体流量2m^3/h,液体循环时间12h。旋转填料床对混合溶剂的吸收具有良好的环保和经济价值。     

高效旋转精馏床的传质性能

以乙醇-水溶液为物系,以不锈钢波纹丝网为填料,在超重力因子为20~120、原料流量0.925~1.851 mol/h、回流比1.5~4.0、原料摩尔分数0.2425、室温进料和常压操作条件下,考察了高效旋转精馏床(HERDB)运行情况与传质性能。结果显示:①高效旋转精馏床运行平稳;②高效旋转精馏床的理论塔板数随超重力因子、原料流量和回流比的增大而增加;③在实验操作条件下,高效旋转精馏床传质单元高度为9.6~65.2 mm。与实验超重力精馏设备相比,高效旋转精馏床的等板高度大于实验室超重力精馏设备,说明存在放大效应。     

三种填料结构旋转床传质及压降性能对比

为了考察自主设计的新型板式旋转填料床传质及压降性能,分别以NaOH-H_2O和空气-水为实验体系,采用对比实验的研究方法,考察了转速、液量和气量对新型板式填料床、传统丝网填料床和鲍尔环填料床的传质与压降性能的影响。传质性能研究表明:在相同操作条件下,丝网填料床传质性能最优,但新型板式填料床传质性能与丝网填料床相差不大(<1.0 s~(-1));压降性能研究发现,气量是影响填料床压降的重要因素,且在相同操作条件下,压降值始终有丝网填料床>鲍尔环填料床>新型板式填料床,丝网填料床压降值与新型板式填料床相差33%以上。新型板式填料床在传质效率损失不大的情况下,损失了较低能耗,表现出优良的综合性能。     

超重力法回收火炸药厂的混合溶剂

为回收三元混合溶剂(丙酮、乙酸乙酯、水)对HMX转晶时挥发的部分溶剂(丙酮和乙酸乙酯),采用高效传质的旋转填料床对其进行了回收利用.考察了转速、液体流量和循环时间对吸收效果的影响.结果表明,转速和液体流量对混合溶剂的吸收有明显影响,实验的最佳操作参数为转速1 000 r/min,液体流量2 m3/h,液体循环时间12 h.旋转填料床对混合溶剂的吸收具有良好的环保和经济价值.     

螺旋盘管反应器内黏性流体微观混合性能研究

螺旋盘管反应器无内插件及扰流部件,通过流体流动过程产生的二次流来提高微观混合效果,比较适合于黏性流体混合过程。今采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系为工作体系,以甘油调节体系黏度,对螺旋盘管反应器内黏性体系的微观混合性能进行研究。考察了物料体积流量、H+浓度、体积比、体系黏度、盘管内径对微观混合性能的影响,并与内径及有效长度相同直管的微观混合性能进行对比研究。结果表明,在实验研究范围内,提高物料体积流量可以增强混合效果,随H+浓度增加,离集指数显著增大。反应物摩尔比相同的前提下,微观混合性能随体积比增加而变差。随体系黏度增大,微观混合性能降低。减小螺旋盘管内径,微观混合性能提高,与直管相比,螺旋盘管反应器微观混合效果明显增强。     

撞击流—旋转填料床反应器的微观混合性能研究

采用化学偶合法 ,对撞击流—旋转填料床反应器内微观混合进行了实验研究 ,得到了转速、喷嘴间距、射流速度及浓度等因素对离集指数Xs的影响规律 ,并对其进行了定性的分析。结果表明撞击流—旋转填料床反应器中微观混合能被极大地强化 ,可成为适合快速反应新型反应设备