超声场与添加剂对鼓泡塔中传质性能的影响?

利用超声场鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪实时测定了加入不同种类和不同浓度添加剂前后鼓泡塔内氨气气含率与传质系数变化规律。实验结果表明：无添加剂时,超声频率为20-50-100 kHz组合,功率100 W时,鼓泡塔内气含率比无超声作用时增加了37%~74%,传质系数增大了39%~61%;气含率和传质系数随加入正辛醇浓度的增大呈现逐渐增长的趋势,当正辛醇浓度超过1.0%(V)时,气含率和传质系数趋于稳定;超声频率为20-50-100 kHz组合,超声功率100 W,正辛醇浓度为1.0%时鼓泡塔内气含率比无添加剂加入时增加了20%,传质系数增大了16%,可见超声场与添加剂协同作用有利强化气液相间分布、提高传质效果。     

超声场与添加剂对鼓泡塔中传质性能的影响

利用超声场鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪实时测定了加入不同种类和不同浓度添加剂前后鼓泡塔内氨气气含率与传质系数变化规律。实验结果表明:无添加剂时,超声频率为20-50-100 kHz组合,功率100 W时,鼓泡塔内气含率比无超声作用时增加了37%~74%,传质系数增大了39%~61%;气含率和传质系数随加入正辛醇浓度的增大呈现逐渐增长的趋势,当正辛醇浓度超过1.0%(V)时,气含率和传质系数趋于稳定;超声频率为20-50-100 kHz组合,超声功率100 W,正辛醇浓度为1.0%时鼓泡塔内气含率比无添加剂加入时增加了20%,传质系数增大了16%,可见超声场与添加剂协同作用有利强化气液相间分布、提高传质效果。     

鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘流动特性与CFD模拟

就痕量精馏中塔板传质效率低、需强化气液传质的问题,研究者提出了新型鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘,通过在筛板上泡沫层高度范围内设置一层破泡装置,打破大气泡,减小气泡体积,强制界面进行更新,从而提高传质效率。采用双欧拉模型分别对鼓泡破泡一体化塔盘和筛板进行了气液流场的数值模拟,并对模型进行了验证。对比两种塔板的计算结果可以看出:在相同操作条件下,破泡装置将大气泡破裂成无数小气泡,使高气含率区域面积较普通筛板进一步增大,且气含率梯度变化更均匀;增加破泡装置后,在相同气速条件下气泡上升速度下降,气体在液层中的滞留时间延长,使鼓泡层高度增加,可显著提高传质效率,且降低了气体雾沫夹带量;破泡装置还明显改善了气相的纵向分布,气含率由塔板底部向上逐渐增大且存在明显分界;破泡装置附近湍动较剧烈,气泡破碎喷出的气体会进一步撕裂液膜,气体破碎作用会抑制气泡聚并,促进界面的快速更新更有利于传质过程的进行。研究结果可对工业塔板设计和优化提供指导。     

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。     

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。     

鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘流动特性与CFD模拟

就痕量精馏中塔板传质效率低、需强化气液传质的问题,研究者提出了新型鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘,通过在筛板上泡沫层高度范围内设置一层破泡装置,打破大气泡,减小气泡体积,强制界面进行更新,从而提高传质效率。采用双欧拉模型分别对鼓泡破泡一体化塔盘和筛板进行了气液流场的数值模拟,并对模型进行了验证。对比两种塔板的计算结果可以看出：在相同操作条件下,破泡装置将大气泡破裂成无数小气泡,使高气含率区域面积较普通筛板进一步增大,且气含率梯度变化更均匀;增加破泡装置后,在相同气速条件下气泡上升速度下降,气体在液层中的滞留时间延长,使鼓泡层高度增加,可显著提高传质效率,且降低了气体雾沫夹带量;破泡装置还明显改善了气相的纵向分布,气含率由塔板底部向上逐渐增大且存在明显分界;破泡装置附近湍动较剧烈,气泡破碎喷出的气体会进一步撕裂液膜,气体破碎作用会抑制气泡聚并,促进界面的快速更新更有利于传质过程的进行。研究结果可对工业塔板设计和优化提供指导。     

射流鼓泡反应器的研究进展

射流鼓泡反应器通过耦合射流与鼓泡两种作用机制实现了气液理想混合,避免了甲醇羰基化制醋酸工艺中搅拌内构件的腐蚀。射流、鼓泡的耦合加剧了混合过程的复杂性,阻碍了对该反应器气液流动、传质、混合的认识。文章分别综述了均相体系射流混合、鼓泡反应器流动规律及喷射式气液反应器流动规律。结果表明,混合时间、气泡直径及气含率分别用于表征射流和鼓泡混合效果,气液顺流喷射反应器性能需同时考虑液相体积传质系数。因此,射流鼓泡反应器的研究需以上述所有参数作为特征参数,通过实验和模拟剖析反应器内部气液传质及射流与鼓泡的协同机制。     

SEBS高黏度溶液气液鼓泡塔的流体力学研究

针对SBS加氢反应器开发与设计,以SEBS-1650己烷溶液为液相,采用差压法和床层塌落法研究了气液鼓泡塔中高黏度溶液的流体力学行为,考察了黏度对低表面张力溶液的气含率、大小气泡气含率、大小气泡上升速度和比表面积等因素的影响。结果表明,随黏度增加,大气泡增多,气含率明显降低,塔内流型处于湍流区;由床层塌落曲线确定鼓泡塔内存在三种类型的气泡：大气泡、小气泡及细小气泡,随黏度增加,小气泡与细小气泡逐渐减少;黏度对大小气泡的上升速度略有影响,比表面积随黏度增加而明显降低。根据实验结果给出了大小气泡气含率与平均气含率的计算公式。     

鼓泡塔中非牛顿流体体系的传质研究

本文在直径0.10 m、高1.05 m的鼓泡塔中,以羧甲基纤维素钠作为模拟介质,采用单孔喷嘴布气、孔径d_o=0.01 m,测定了该类反应器的比相界面积和容积传质系数,提出了比相界面积和传质系数的关联式。     

鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展

总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果,详细地介绍了鼓泡床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法,阐述了鼓泡床反应器性能的主要影响因素,如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特性的影响,并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述.     

三相循环流化床中的气液相界面积和传质系数

采用溶氧法测量了三相循环流化床中液相溶氧浓度的轴向分布,并按轴向扩散模型处理实验数据,优化得到气液体积传质系数kLa,同时用光纤探头测量了体系中的气含率和气泡大小分布,计算得到了气液相界面积a和气液传质系数kL,并研究了主要操作条件(表观气速、表观液速和固含率)对气液传质系数的影响规律.     

气液鼓泡床内的液体流速分布

引言 鼓泡床是一种重要的气液或气液固多相反应器.液体循环流动是鼓泡床的一个重要流体力学特征,从20世纪50年代人们就开始对此进行了比较系统的实验研究[1-6].这个特征对鼓泡床的流体返混行为、气含率、气液界面积以及传热传质系数都有很大影响,特别是液体返混行为可以由液体循环特性直接决定.如何准确地描述和预测鼓泡床中的液体流速沿径向的分布,关系到鼓泡床反应器的设计、放大和优化.因此,许多年来它一直是人们致力探讨的重要课题之一[7-8].     

亚硫酸铵微界面强化氧化特性研究

以亚硫酸铵水溶液的空气氧化为研究对象,考察了微界面强化对该体系传质与氧化过程的影响。在同一实验平台和操作工况下,对微界面强化与传统鼓泡塔氧化过程的传质和反应性能进行了实验研究。利用高速摄像与压差测量技术,分别对反应过程的空气气泡分布与气含率变化进行了测定。结果表明,相较于传统鼓泡塔空气氧化反应器,微界面强化氧化反应器以微界面体系取代了传统毫-厘米级宏界面,在不同盐离子浓度与氧化气量工况下均表现出了良好的强化效能。在微界面体系强化下,亚硫酸铵氧化过程气含率大幅提升,相界面积增加十余倍,反应速率平均提升56.8%,实验结论为微界面强化反应器的多相反应体系工业应用提供了一定的数据支撑。     

鼓泡反应器中幂律型流体流动与传质特性

很多废水处理装置涉及非牛顿型流体中的多相流动和传质问题,研究其中的气液传质过程有助于实现装置的优化设计和高效节能运行。以鼓泡反应器内清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液为实验对象,分别研究气相表观气速和液相流变特性对气泡尺寸分布、全局气含率和体积氧传质系数的影响。实验结果表明,液相的流变特性对其传质特性参数均有较大影响。与清水相比,CMC水溶液中气泡平均直径和分布范围更大;清水和CMC水溶液的全局气含率均随表观气速的增加而增大;CMC水溶液的体积氧传质系数随CMC水溶液质量分数的增加而减小。基于实验研究,得出修正的体积氧传质系数公式和适用于幂律型非牛顿流体流动体系氧传递过程的无量纲关联式,可很好地实现非牛顿流体流动的废水处理装置中气液传质参数的计算。     

鼓泡反应器中幂律型流体流动与传质特性

很多废水处理装置涉及非牛顿型流体中的多相流动和传质问题,研究其中的气液传质过程有助于实现装置的优化设计和高效节能运行。以鼓泡反应器内清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液为实验对象,分别研究气相表观气速和液相流变特性对气泡尺寸分布、全局气含率和体积氧传质系数的影响。实验结果表明,液相的流变特性对其传质特性参数均有较大影响。与清水相比,CMC水溶液中气泡平均直径和分布范围更大;清水和CMC水溶液的全局气含率均随表观气速的增加而增大;CMC水溶液的体积氧传质系数随CMC水溶液质量分数的增加而减小。基于实验研究,得出修正的体积氧传质系数公式和适用于幂律型非牛顿流体流动体系氧传递过程的无量纲关联式,可很好地实现非牛顿流体流动的废水处理装置中气液传质参数的计算。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

气升式环流反应器

本文系统研究了气液环流内循环反应器的气含率εg、液体循环次数、液体循环倍率、体积传质系数k_L a、比相界面积a、液相传质系数k_L和液体停留时间分布等问题,并用多釜串联模型参数N描述了该反应器在不同条件下液体的流动状况。     

鼓泡塔中气泡群运动的实验与模拟

采用高速摄像法测量了均匀鼓泡流状态下,水以及体积分数分别为20%和40%的甘油-水体系中气泡群的浮升运动,考察了气含率、雷诺数和分布器孔径对气泡尺寸、形状、浮升速率和曳力系数的影响。构建了立方体单元胞模型,并根据雷诺数的不同选取层流和湍流模型,模拟得到气泡的浮升速率和曳力系数与实验值吻合较好。结果表明:随着气含率及液体黏度的提高,气泡群浮升阻力增大,浮升速率减少;随着雷诺数和气泡直径的增加,曳力系数减小,气泡浮升速率增大。单元胞模型能较好地反映气泡群浮升过程中各因素的影响,是处理气泡群运动的有效工具。     

CFD-PBM耦合模型模拟气液鼓泡床的通用性研究

通过对不同操作压力和不同液体性质气液鼓泡床的模拟值与实验数据进行对比,从而验证CFD-PBM耦合模型的通用性。结果表明,CFD-PBM耦合模型在加入了气泡破碎修正因子后,可以很好地预测压力对鼓泡床流体力学行为的影响趋势,当压力升高时,气含率显著升高。不同液体黏度和表面张力条件下CFD-PBM耦合模型的模拟结果与实验结果均吻合较好。随液体黏度增大,气泡破碎速率减小,气泡尺寸分布变宽,曳力显著下降,气含率随之降低。随表面张力减小,气泡破碎速率增大,气泡变小,气含率升高。CFD-PBM耦合模型具有很好的通用性,原因在于考虑了压力、液体黏度和表面张力对气泡聚并、破碎和气液相间作用力的影响。