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.     

旋转填充床反应器流体流动可视化研究进展

旋转填充床反应器是一种典型过程强化装置,对化工过程中的传质与混合过程具有较好的强化作用。流体流动作为旋转填充床反应器中最为基础的性质,对研究、优化旋转填充床反应器的结构和性能至关重要。光学成像技术与数值模拟作为研究旋转填充床反应器中流体力学性质的重要手段在近年来得到了飞速发展。对近三十年来,旋转填充床反应器可视化研究进行了综述,从早期光学成像开始,在此基础上引入早期计算流体力学模拟,直至现在高速数码摄像可视化和基于真实结构的模拟。对旋转填充床的可视化观测从填料表面逐渐向填料内部发展,对其数值模拟从初步的数学模型发展到包含详细填料几何结构、详细流体特性的流动模拟。现有研究已对填料区、空腔区中的流体流动有了较为详细的描述。     

旋转填充床反应器流体流动可视化研究进展

旋转填充床反应器是一种典型过程强化装置,对化工过程中的传质与混合过程具有较好的强化作用。流体流动作为旋转填充床反应器中最为基础的性质,对研究、优化旋转填充床反应器的结构和性能至关重要。光学成像技术与数值模拟作为研究旋转填充床反应器中流体力学性质的重要手段在近年来得到了飞速发展。对近三十年来,旋转填充床反应器可视化研究进行了综述,从早期光学成像开始,在此基础上引入早期计算流体力学模拟,直至现在高速数码摄像可视化和基于真实结构的模拟。对旋转填充床的可视化观测从填料表面逐渐向填料内部发展,对其数值模拟从初步的数学模型发展到包含详细填料几何结构、详细流体特性的流动模拟。现有研究已对填料区、空腔区中的流体流动有了较为详细的描述。     

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(XS)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XS增加;而旋转填充床转速、进料流量的增大都可使XS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(tm),得到tm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tm最小值(0.385 ms)低于不锈钢丝网填料的tm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。     

旋转床内液体流动的实验研究

旋转床是一种强化传质与反应的高效分离设备。本文首次利用高速频闪摄影的办法对旋转床内液体流动进行了实验研究，得到了不同操作条件下，液体在填料空间呈现出的液滴、液膜和液线等形态照片，并测得填料主体区液滴尺寸，为旋转床流体流动和传质模拟及基础研究打下了基础。     

超重力旋转床液体流动的可视化研究

超重力旋转床是一项强化混合与传质的新技术,在石油化工、环境保护、制药等行业有着广阔的应用前景。今以水为研究对象,拍摄超重力旋转床内从不同丝径的填料甩出的液体形态图片,利用后处理软件计算得到液滴的平均直径和速度。研究结果表明,液滴平均直径随填料径向厚度、转速的增大而减小,随液量增加而增大;液滴速度则随填料径向厚度、转速及液量增大而增大,同时关联出填料层内液滴平均直径和速度的关系式。研究结果为超重力旋转床的理论研究和工业上的应用提供了一定的依据。     

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。     

旋转填充床CFD模拟研究进展

旋转填充床（RPB）反应器凭借填料对液体的切割破碎作用，可以显著强化多相流之间的质量传递，大幅度减少反应时间。但是旋转填充床内部结构和流体力学规律极为复杂，即便使用高速摄像机也很难准确描述填料内的流动和传质规律。计算流体动力学（CFD）凭借其能够有效模拟多相流动过程中的流动和传质规律的独特优势，近年来已被许多研究人员用来模拟RPB反应器中的流动和反应特性。本文综述了近些年来学者利用CFD技术模拟旋转填充床反应器的研究进展，并着重总结了多相流模型的选取、边界条件的确定以及旋转填充床的简化方法等CFD计算中的关键部分。     

超重力除尘装置的设计

超重力场在化工过程中的应用是通过填料层的高速旋转来完成的,此种装置称为超重力装置,也称为旋转填料床,是一种强化相间传质、反应及微观混合的新型设备。对超重力除尘装置的结构设计及电机功率计算进行了简要介绍,并分析了液气比和超重力因子对除尘效率的影响,为超重力除尘装置的设计提供参考。     

湿法烟气脱硫设备的研究进展

综述了脱硫吸收塔的改进及新脱硫反应装置,如降膜式反应器、撞击流反应器、旋转填料床等应用于湿法烟气脱硫的研究进展,对比了各自的优缺点,认为化工过程强化技术是解决传统塔设备传质效率低、投资成本高等难题的新途径,其中旋转填料床进行湿法烟气脱硫具有很高的应用价值. 开发既能处理大气量、又能强化气相传质过程的旋转填料床将成为其工业化应用的研究方向.     

纳米CaCO3合成及原位改性的研究

在旋转填充床反应器中合成了纳米CaCO3悬浮液,利用pH计跟踪Ca(OH)2碳化反应过程,研究了碳化反应过程原理。结果表明：旋转填充床能极大地强化相间传质与微观混合,提高体系中CaCO3的过饱和度,增大其成核及生长速率。加入适当的添加剂对纳米CaCO3进行原位改性;利用TEM照片研究了原位改性过程中纳米CaCO3的成核生长机理,并考察了添加剂的作用机理。     

超重力场内气液传质强化研究进展

气液传质过程广泛存在于化学工业当中。气液传质强化技术的研究, 对缩短工艺流程、缩小设备尺寸、降低投资和运行成本等具有重要的意义。以旋转床为核心装备的超重力技术, 是气液传质过程强化的有效技术之一。经过30多年的发展, 超重力过程强化技术在基础和应用研究方面都取得了长足的进展, 特别是在受混合和传递限制的过程中得到广泛应用。本文从旋转床转子结构出发, 综述了整体旋转式、双动盘式、动静结合式等转子结构的超重力旋转床气液传质强化的研究进展和理论成果, 并展望了超重力旋转床气液强化传质的发展方向。     

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     

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。     

旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展

旋转填充床作为一种高效的传质、分离与反应设备,在化工、环境保护、纳米材料制备、能源、制药等工业过程得到广泛应用。本文对旋转填充床超重力环境下,流体力学特性、传质性能、微观混合、多尺度传递特性等方面的研究进行了总结归纳。近年来,随着计算机科学与多相流传递过程的研究进展,对传递过程的研究也由实验手段为主转变为实验与数值模拟相结合的手段,对有关的数值模拟研究以及相应的多相流模型也予以总结描述。在此基础上,对旋转填充床超重力环境下多相流研究的未来发展提出了有关设想。     

几种工艺体系中离心传质机的传质性能

对５种工艺体系进行了离心传质机离心强化传质的实验研究。结果表明在旋转填料床内相间传质的平均传质单元高度为０．０１０～０．０３０ｍ,与传统填料床相比,其传质性能强化了１～２个数量级,而且旋转填料床内的相间传质可以在更接近平衡的条件下完成。     

旋转填充床传质及应用研究的新进展

旋转填充床(RPB)是一种新型高效的分离装置,该装置利用超重力场技术强化传质过程,在化工、环保、材料、生化等工业领域具有广泛的应用前景。本文概要地介绍了该装置的结构特点,国内外传质和应用研究的新进展。     

三角形螺旋填料旋转床全回流精馏性能研究

为了寻找强化气液传质过程的有效途径,自制了1套小型旋转填料床,床内填充了φ2mm×2mm三角形螺旋填料,以乙醇-水为实验物系,进行全回流精馏实验研究.实验结果表明:三角形螺旋填料旋转床存在一最佳转速nopt=1050r/min,当转速nnopt时,理论板数随液体流量和气体流量的增大而减小,且减小的很快.在nopt=1050r/min、液体流量L=14.7L/h、气体流量V=7.4m3/h时传质效果最好,每米填料相当于88块理论板,在适宜的转速范围内每米填料相当于62～88块理论板.三角形螺旋填料旋转床使传质过程得到极大强化,其传质效果比重力场三角形螺旋填料塔提高1倍左右.     

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     

旋转填充床有效比相界面积的研究

旋转填充床(Rotating Packed Bed简称RPB)是一种新型的传质设备，为研究其传质性能，笔者在旋转填充床上用不同的填料以氢氧化钠水溶液吸收二氧化碳进行快速拟一级化学反应来测定有效比相界面积，研究了旋转填充床选用不同填料时的有效比相界面积与旋转填充床的各种操作条件之间的关系，实验表明随着RPB转速的增大，有效比相界面积增大；随着操作液量增大，有效比相界面积增大。而且由于其独特的操作特性以笔者自制的打孔碟片填料的有效比相界面积为最大。