受限空间内浮升气泡与液体间传质行为实验研究

采用紫外诱导荧光(UIF)实验方法,研究Hele-Shaw狭缝受限尺度对受限空间内浮升气泡流体力学与气液传质行为的影响。实验中以二苯并[b,e]吡啶作为荧光剂实现了受限空间内CO₂溶液浓度分布及其气泡运动速度的定量测量,获得了CO₂在受限空间内运动过程中的传质量和气泡动力学参数,并分别计算气泡受限空间内液膜区和自由接触区的传质速率。分析得到受限空间中不同狭缝宽度内CO₂的传质行为,分析了受限尺度对CO₂-水体系传质过程的影响。     

三维菱形结构微通道内气液传质与强化

研究了具有三维交错菱形结构的微通道对离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF₄])水溶液吸收CO₂过程的传质增强作用。实验主要聚焦于弹状流和破碎弹状流。考察了弹状流型下气液流量、离子液体浓度对体积传质系数k_La、增强因子E、CO₂吸收率X及压力降ΔP的影响。结果表明,较之于直通道,三维菱形通道可以显著提高体积传质系数和CO₂吸收率,其增强因子可达2.1,压力降仅增加 0.9 kPa。提出了一个新的体积传质系数k_La预测式,预测效果良好。采用VOF法模拟了微通道内气液两相流动过程,获得了连续相的速度矢量场。三维菱形通道能诱导涡流,强化传质过程。     

阵列凸起微通道内气液两相传质特性研究

研究了阵列凸起微通道内N-甲基二乙醇胺（MDEA）吸收CO₂过程的气液两相传质特性。在弹状流型下,考察了气液两相流量、MDEA浓度对体积传质系数、CO₂吸收效率、压力降以及能量损耗的影响。弹状气泡受到阵列凸起的挤压作用发生形变,促进了气液两相间的传质。与平滑通道相比,阵列凸起微通道在实验条件下具有更好CO₂吸收效率。在相同的能量损耗时,阵列凸起微通道具有更大的体积传质系数。     

基于微吸收器的CO2吸收过程研究进展

微化工技术在流体流动、过程强化、传质与反应过程等领域备受关注,本文归纳整理了3种不同类型的微吸收器（微降膜吸收器、微通道吸收器和微网格吸收器）捕集CO₂过程中的水力学性质和传质过程及其机理研究进展,并对3种微吸收器吸收CO₂过程中存在的问题进行分析总结,同时对微吸收器能快速工业化提出展望。其中重点介绍了微通道泰勒流吸收器的水力学流动特性,包括泰勒流气泡的生成机制、气泡和液弹的长度、气泡的输运和运动速度、气泡截面形状及液膜厚度和气液两相流压降;归纳了微通道泰勒流吸收过程的传质过程机理和传质系数的模型以及不同影响因素（通道截面尺寸,通道长度,主通道结构及入口形状,气、液相组成及其流速,吸收剂和系统压力）作用下CO₂吸收效率和传质系数的研究进展。     

微通道内醇胺/离子液体复配水溶液吸收CO2的传质特性

研究了微通道内醇胺[单乙醇胺(MEA)和甲基二乙醇胺(MDEA)]与离子液体[1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸([Bmim][BF₄])和1-羟乙基-3-甲基咪唑甘氨酸([C₂OHmim][GLY])]复配水溶液吸收CO₂的传质特性。考察了醇胺/离子液体浓度比(c_AA∶c_IL)对液相体积传质系数(k_La)的影响,发现k_La随反应速率的增大而增大。为进一步阐释复配水溶液吸收CO₂的传质机理,分析了比表面积、扩散速率、增强因子和液弹循环对传质速率的影响。结果表明,四种复配溶液中,反应速率和循环频率(f_cir)分别在低流率和高流率下对传质速率起主导作用。k_La可表示为f_cir的函数,低气相流率下k_La与f_cir呈线性关系,斜率与反应速率成正相关,高气相流率下,液弹循环因膜弹传递困难而对整体传质速率的影响减弱,k_La与f_cir呈指数关系,幂律指数小于1。     

封存CO2裹挟可挥发性污染物的迁移模型分析

为了研究封存CO₂注入过程可挥发性污染物的释放和迁移特性,本文建立了CO₂-水-残余油多相流驱替过程中的污染物迁移模型。采用数学模拟方法分析了多相驱替过程和污染物迁移过程,并研究了相间传质特性、初始油相分布和CO₂注入速率等对污染物迁移过程的影响。研究表明:CO₂驱替过程将促使可挥发污染物进入CO₂相并随之在地层中迁移,逐渐形成相间传质区域。相间传质区域的演化反映了污染物释放和CO₂裹挟污染物迁移的特性。可挥发污染物的传质系数越大,相间传质区域越窄,油相饱和度衰减越快;油相初始饱和度较大时,其饱和度衰减相对缓慢,对应的相间传质区域也较窄。当CO₂注入速率增大时,相间传质区域增大,油相饱和度衰减变快。本文模型可用于不同地质储层环境下封存CO₂时可挥发性污染物的迁移特性分析,并用于封存CO₂的风险分析与评价。     

燃煤烟气中SO2对氨法脱碳的影响

利用湿壁塔实验台对燃煤烟气中SO₂对氨水溶液［1%～7%(质量）］吸收CO₂的影响进行了实验研究,具体分析了不同反应温度（20～80℃）和CO₂体积分数（5%～20%）条件下,CO₂传质通量及传质系数随SO₂浓度和SO₂负载量的变化规律。结果表明, SO₂浓度由0增至11428 mg·m^-3,CO₂传质通量及传质系数均有一半左右降幅,而SO₂负载量［0.1～0.4 mol SO₂·（mol NH₃）^-1］的增加,同样导致CO₂传质通量及传质系数明显减小。氨水浓度及反应温度增加可有效提高CO₂传质通量和传质系数,相对降低SO₂对CO₂传质的影响。CO₂浓度的增加可明显提高其传质通量,但是CO₂的传质系数有所降低。     

微通道内二乙醇胺/乙醇溶液吸收CO2的传质性能

利用高速摄像仪实验研究了微通道内二乙醇胺（DEA）/乙醇溶液吸收CO₂的传质过程。采用图像法得到微通道内气泡的体积变化,根据微通道进出口压力,计算得到了气液两相从开始接触到平衡时的平均传质系数k。分别考察了气液相流量和DEA浓度对传质系数的影响。结果表明：传质系数随着液相流量和溶液中DEA浓度增大而增大。对于给定的液相流量和DEA浓度,k随着气相流量增大而增大并逐渐趋于一个恒定值。提出了一个传质系数预测式,预测值和实验结果吻合良好。     

超声微反应器内气液传质过程的介尺度强化机制

采用CFD方法对超声微反应器内的Taylor气液两相流的传质过程进行了模拟。针对传质过程中主要的介尺度结构,包括气泡表面波、空化声流、液相内的局部浓度,分析了其空间分布和时间演化规律。模拟结果有效捕捉了实验难以观测的液膜区域,并将液膜厚度与气泡表面波振动进行了关联,阐释了气液界面附近的空化声流对传质过程的强化作用。根据超声微反应器内Taylor流的传质特点,分别研究了不同流动和超声条件对液弹内和液膜处传质过程的影响,比较了各局部传质对整体传质效率的贡献。通过分析整体/局部Sherwood数与Peclet数间的关系,研究了超声效应对气液传质速率的影响。分析结果从介尺度角度验证了文献关于超声微反应器传质系数的计算,完善了超声微反应器内气液传质过程的强化理论。     

气相第2组分对水溶解CO2过程界面对流影响的LIF观测

采用激光诱导荧光（LIF）观测方法考察了在气相中分别添加乙醇和二氯甲烷分别对CO₂在水中溶解过程界面对流的影响,得到了液相中CO₂浓度分布及其演化的观测结果,通过物料衡算得到了相应条件下的液相传质系数。CO₂溶解过程会出现由密度梯度引起的Rayleigh对流。实验结果表明,当添加的乙醇含量小于8.47 mg·L^-1时,Rayleigh对流会被增强,进而促进了CO₂的溶解;随着气相中乙醇含量的增大,Rayleigh对流反而被抑制;气相添加二氯甲烷会显著增强Rayleigh对流,提高了CO₂的传质速率,随着气相二氯甲烷含量的增大,CO₂在水中溶解过程的液相传质系数呈现先加强后恒定的趋势。     

Gas-Liquid Mass Transfer Characteristics in a Gas-Liquid-Solid Bubble Column under Elevated Pressure and Temperature

abstract The volumetric mass transfer coefficient kLa of gases (H2, CO, CO2) and mass transfer coefficient kL on liquid par-affin side were studied using the dynamic absorption method in slurry bubble ...     

密闭空间低浓度CO2固态胺吸附剂长寿命评价

在密闭空间实际工况下,通过两组平行对照试验,考察了长时间吸脱附循环对固态胺材料CO₂吸附性能的影响,对材料进行长寿命试验,并验证一年内固态胺材料性能的稳定性。结果表明,两组试验分别经过2128轮和2267轮吸脱附循环后,固态胺材料仍表现出良好的吸脱附稳定性。在长寿命试验条件下,两组吸附剂的CO₂的吸附量维持在约28 mg·g^-1,有机胺含量未见流失,活性胺含量比初始材料有所提高并不再降低,材料机械强度未受到影响。结果证明,高分子树脂基固态胺材料不仅能在室温条件下高效吸附CO₂,且能在温和条件下实现CO₂的解吸,在减少能耗的同时还有利于材料使用寿命的延长,适宜作为太空密闭空间中去除低浓度CO₂的吸附材料,为航天员的生命保障提供技术支撑。     

微通道内乙醇胺吸收CO2的过程特征（英文）

Process characteristics of CO2 absorption using aqueous monoethanolamine(MEA) in a microchannel reactor were investigated experimentally in this work.A T-type rectangular microchannel with a hydraulic diameter of 408 μm was used.Operating parameters,i.e.temperature,pressure and molar ratio of MEA to CO2 were studied.Under 3 MPa pressure,the mole fraction of CO2 in gas phase could decrease from 32.3% to 300×10?6 at least when gas hourly space velocity ranged from 14400 to 68600 h?1 and molar ratio of MEA to CO2 was kept at 2.2.In particular,the effects of temperature on CO2 absorption flux,mass transfer driving force,gas-liquid contact time and en-hancement factor were analyzed in detail and found that mass transfer enhancement by chemical reaction was a crucial factor for the process of CO2 absorption.     

Absorption of carbon dioxide into aqueous colloidal silica solution with diisopropanolamine

Carbon dioxide was absorbed into the aqueous nanometer-sized colloidal silica solution of 0–31 wt% and diisopropanolamine of 0–2 kmol/m³ in a flat-stirred vessel with the impeller of various sizes and speeds at 25 °C and 0.101 MPa to measure the absorption rate of CO₂. The volumetric liquid-side mass transfer coefficient (k_La) of CO₂ was used to obtain the empirical correlation formula containing the rheological behavior of the aqueous colloidal silica solution. Reduction of the measured k_La was explained by the viscoelastic properties of the aqueous colloidal silica solution. The theoretical value of the absorption rate of CO₂ was estimated from the model based on the film theory accompanied by chemical reaction and compared with the measured value.     

CHARACTERIZATION OF FLUIDIZED BED REACTORS WITH GAS TRACER MEASUREMENTS

In a steady state bench scale fluidized bed the decomposition reaction of NaHCO₃ was carried out. The residence times distributions, DRT, of carbon dioxide (the gaseous product) and non adsorbing argon (the reference tracer) were mass spectroscopically measured as a function of the bed temperature. By means of single-, two- and three-phase dispersion models as well as by a cell model, the DRT's were evaluated on line by a computer.

The steady state transverse and longitudinal concentration profiles of these tracers upstream from the plane source were also measured and evaluated by a dispersion model as well as by a counter current back mixing model. Comparison of the steady state and nonsteady state dispersion coefficient measurements indicate that the longitudinal gas mixing is only partially due to backmixing. The experimentally determined wake fractions agree well with those published in the literature. Since the adsorption rate of CO₂ on the pore surface area of the particles in the dense phase is high no interphase transfer from the interstitial gas of the dense phase into the bubble phase takes place.

The desorption of CO₂ and its return into the interstitial gas and than into the gas phase occurs only slowly and with an initial time lag. The on-line DRT can be used as a diagnostical technique for investigation of the reactor during its operation, if operation disturbances or breakdowns occur.     

超高参数CO2在垂直管中的传热分析

在均匀加热条件下,开展了超高参数二氧化碳在垂直上升管中的传热特性实验研究。实验段内径为10.0mm,实验参数范围：压力p=8.21～20.6MPa,热流密度q _w=95～300kW/m²,质量流速G= 1000～1232.5kg/(m²·s)。分析了入口温度、压力和热流密度对传热的影响规律。实验结果表明,在热流密度、压力和质量流速一定的条件下,入口温度对传热有明显影响,当T _in<T _pc时,在拟临界温度前壁温出现峰值,达到峰值点随后又逐渐下降,即传热出现了恶化现象。但是当T _in>T _pc时在同样的工况下,壁温沿着主流焓值单调上升,无明显的壁温峰值出现,这意味着传热恶化只发生在T _in<T _pc时。在T _in>T _pc的超临界工况下,压力和热流密度对传热的影响较小,工质遵循单相强制对流换热。将实验数据与选取的典型传热关联式作比较,结果显示,经典的D-B单相湍流对流公式计算的换热系数和壁温已达到了满意的预测精度。     

鼓泡床中电石渣加速碳酸化分析与响应面优化

搭建了鼓泡床碳酸化反应器,研究常温常压下电石渣直接液相碳酸化矿化封存CO₂的能力,揭示了重要操作参数表观气速、液固比和CO₂浓度对电石渣矿化封存CO₂能力和碳酸化效率的影响规律。同时构建响应面模型,分析各参数对电石渣碳酸化效率的影响强度,优化获得最大碳酸化效率及相应操作工况。结果表明,增加气速有利于钙离子溶解和CO₂吸收,但反应器中过高气速易导致气相通道效应,不利于气液充分接触。当液固比降低,溶液中钙离子浓度提高,更有利于碳酸化反应,但液固比过低会影响固液间传质。适当增加CO₂浓度有利于提高碳酸化效率,但CO₂浓度增至到一定值后,对碳酸化效率影响降低。响应面建模分析发现,各因素对碳酸化效率影响顺序为：液固比>CO₂浓度>表观气速。优化结果发现碳酸化效率最高为93.58%,工况为表观气速0.07m/s,液固比为8.26mL/g和CO₂体积分数为20.91%。研究可知,鼓泡床中常温常压下电石渣直接液相加速碳酸化反应,具有较大的CO₂固定量和高的碳酸化效率,实验结果为电石渣加速矿化封存CO₂技术的发展提供了基础数据。