规整填料塔中离子液体吸收CO2的传质与流体力学性能

在规整填料塔中采用离子液体吸收二氧化碳气体,利用计算流体力学(CFD)软件建立可靠的数学模型,系统考察了离子液体结构及规整填料几何参数对吸收过程的传质特性和流体力学性能的影响规律。结果表明,床层压降随气体流速增大而增大,液相传质系数随液体流速的增大而增大。相同阴离子时,随着阳离子碳链长度的增长,吸收过程压降增大,同时液相传质系数减小。相同阳离子时,不同阴离子的离子液体压降大的同时传质系数也大。但离子液体的结构对压降影响不明显。离子液体筛选主要考虑传质系数和溶解度因素,但二者与离子液体结构表现出相反的规律。两种折线结构的规整填料传质性能优于传统的X型和Y型结构。     

新型垂直板规整填料流体力学及传质性能

采用氧解吸实验,在直径190 mm的有机玻璃塔内,液相喷淋密度10～38 m³·m^-2·h^-1,F因子0.2～3.2 m·s^-1·（kg·m^-3）^0.5的实验条件下测定了一种新型垂直板规整填料的流体力学及传质性能。实验结果表明：垂直板填料的操作压降及传质性能均显著优于商业波纹填料。通过与几种经改进的250型波纹填料相比发现,两者泛点F因子整体上相当;在较高液体喷淋密度下,垂直板填料传质性能及压降均高于改进250型波纹填料;在低喷淋密度下,垂直板填料可实现压降低于改进250型波纹填料,而两者传质性能相当。此外,对填料结构改进对其性能的影响进行了单因素考察。     

规整波纹填料内气体流动和传质的CFD模拟

为了研究规整填料局部特征单元内流体的流动状况和传质效果,采用计算流体力学的方法对JKB-250Y交叉波纹填料以及增加隔板后的JKB-250Y交叉波纹填料进行了模拟计算比较。结果表明,加入隔板后有效改善了传质的局部均匀性,并且消除了两股气体交叉流动带来的阻力,降低了通道的单位压降。增加隔板后的交叉波纹填料压降比传统交叉波纹填料压降降低20%~50%,增加隔板后的交叉波纹填料传质系数比传统交叉波纹填料传质系数提高约20%,可见提高传质分布的局部均匀性是提高传质效率并且降低阻力的较为有效途径之一。     

亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验

将亲水无纺布PVC复合规整填料作为溶液除湿塔芯体,开展亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验,分析在不同空气流量、溶液流量、溶液温度下,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿率、除湿效率、传质系数和传热系数的变化。在实验条件下,除湿率、除湿效率、传质系数、传热系数最大值分别为11.05 g·kg^-1、86.7%、12.95 g·(m²·s)^-1、10.33 W·(m²·℃)^-1;与CELdek规整填料和塑料波纹孔板填料相比,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能最优。对实验数据回归分析,得到亲水无纺布PVC复合规整填料除湿效率实验关联式。     

载气增湿蒸发技术处理切削废液的研究

利用空气作为载气,采用蒸发塔进行了载气增湿蒸发浓缩切削废液的实验,探究了操作条件对蒸发过程的影响。随着载气流量的增加,容积传质系数、蒸发量和整塔压降均增大,出口载气VOC浓度减小;随着载气温度、循环流量的增加,容积传质系数、蒸发量、整塔压降和出口载气VOC浓度均增大。实验条件下容积传质系数及蒸发量最大达到了13.95 g·（m³·s）^-1和3.39 kg·h^-1;出口载气VOC浓度最大为6.2 mg·L^-1,小于《大气污染物综合排放标准》中规定值。研究结果表明载气增湿蒸发工艺能有效浓缩切削废液,为工业化应用奠定了基础。     

HD低温蒸发系统中填料蒸发器传质传热的分析

通过研究系统中填料蒸发器的蒸发传质传热过程以及两相流动特性，采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）中离散相与连续相耦合的方法来模拟规整填料内部通道的蒸发传质传热过程，实现了填料蒸发器中两相传质传热的过程以及液滴流动的可视化，为研究气液两相在规整填料内的流动提供了一种模拟方法。通过与实验结果的比较，最终选用RNG k-ε湍流模型来分析规整填料内部气液两相传质传热以及流动情况。数值模拟研究了规整填料板间距对填料内部气液两相传质传热以及液滴运动影响，发现随着板间距的增大，填料内部压力降逐渐降低，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率降低，液滴进出口质量差减小，气相出口温度逐渐降低，蒸发传质传热效率降低。随着气速的增大，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率增加，气相出口温度降低，气液两相传质传热效率降低。     

规整填料干塔压降与波纹齿角的关系

研究了规整填料压降和波纹齿角的关系,以期探索强化传统规整填料性能的新途径。干填料层压降可分解为3部分：气流在交叉单元碰撞所产生的压降,气流在填料层间改变方向所产生的压降以及塔壁区摩擦力所产生的压降。用计算流体力学（CFD）计算了这3部分压降。结果表明,当波纹齿角从90°减小到20°时,干填料层压降大幅度下降。实验数据也验证了CFD模拟计算结果。     

填料塔基础理论研究新进展

规整填料塔具有效率高、压降低、放大效应不明显等优点,其成功应用有赖于对二相流动与传质的深入认识。文中综述了规整填料塔内的气液二相流动与分布、返混、气液二相在常压和高压下的传质特性、M arangon i效应以及计算流体力学(CFD)在规整填料塔中的应用等方面的国内外研究进展。填料塔内液体的分布与返混的研究较多,气相的流动分布与返混特性的研究较少,高压传质、M arangon i效应,特别是利用计算流体力学(CFD)模拟填料塔内的液体流动与传质等已逐渐成为研究的热点。     

并流旋转床压降与传质特性的研究

利用水-空气系统对并流旋转床的气相压降进行了研究,并与逆流旋转床气相压降进行了对比。研究结果表明：并流较逆流旋转床的气相压降低;并流旋转床的气相压降随气体流量的增大而增大,随液体流量的增大而减小,随转速的增大明显降低;而逆流旋转床的气相压降随转速的增大明显升高。利用水吸收SO2的实验对并流旋转床的传质特性进行了研究。研究结果表明：并流旋转床填料层内各点的体积传质系数随着气体流量、液体流量和转速的增大而增大;填料层半径由70mm增大至90mm时,并流旋转床的体积传质系数迅速增大,而后并流旋转床的体积传质系数随半径的增大而减小。对并流和逆流旋转床填料层内体积传质系数进行了对比。结果表明：填料层半径由70mm增大至130mm时,并流旋转床的体积传质系数较逆流时大;当半径大于130mm后,逆流旋转床的体积传质系数大于并流旋转床的体积传质系数,且随半径增大而增大。根据研究结果,提出了降低系统压降的设想,即并流与逆流旋转床串联操作。     

微通道内单乙醇胺水溶液吸收CO2/N2混合气的传质特性

采用高速摄像仪对400 μm×400 μm T形微通道内单乙醇胺（MEA）水溶液吸收混合气中CO₂过程的气液两相流及传质特性进行了实验研究,微通道内的压力降采用压力传感器进行测量。考察了弹状流型下气液两相流量及MEA浓度对压力降、比表面积和传质性能的影响。结果表明,当MEA浓度不变,气液两相流量增大时,压力降、比表面积、传质系数、体积传质系数和增强因子均增大,并逐渐趋于恒定。当气液流量不变,MEA浓度增大时,压力降、传质系数、体积传质系数和增强因子增大,但比表面积减小。实验条件下,压力降范围为2.00~5.23 kPa,化学吸收过程的传质系数范围为7.74×10^-4~2.97×10^-3 m·s^-1。对于伴有快速化学反应的传质过程,以Sherwood数、Reynolds数、Schmidt数及增强因子为变量建立了体积传质系数的预测关联式,平均偏差为5.09%,具有良好的预测性能。     

规整填料塔中氨水吸收CO2的体积总传质系数

目前,CO₂排放问题已经成为世界各国可持续发展面临的重要挑战。以化学溶剂吸收法工艺为基础的燃烧后脱碳是当前比较成熟的已进入工业规模实验的技术路线。而氨水作为一种新的吸收剂受到广泛关注。以气相体积传质系数（K_Ga_e）作为表征,对规整填料塔中氨水吸收CO₂的传质性能进行了研究,探索了气速、CO₂分压、液速和氨水浓度对K_Ga_e的影响。实验结果表明,在本文的工况条件下,K_Ga_e随液速和氨水浓度的增大而增大,随CO₂分压的增大有所减小,气速对K_Ga_e的影响不大。实验结果对今后填料塔的设计工作的经济性和合理性有一定指导作用。     

带波纹隔板的平板式光生物反应器流动特性

在传统平板式光生物反应器中加入波纹形隔板,以其导流作用强化液体循环和气液传质,建立了新型带波纹隔板的平板式光生物反应器. 利用计算流体动力学(CFD)模拟及实验考察了该反应器的流动与传质特性及其影响因素. 结果表明,CFD模拟结果与实验测量值吻合良好,液体在上升区和下降区之间形成了良好的循环,随通气比增加,液相速度、平均气含率和溶氧体积传质系数均近似线性增加. 单位体积能量输入与平均液相体积传质系数之间有良好的线性关系. 综合各相关参数得到优化结构为：下降区/上升区截面积为1.62,隔板顶端到液面的距离为260 mm,隔板底端到反应器底部的距离为20 mm.     

泡沫铁铬镍规整填料的性能实验研究

为了考察泡沫铁铬镍规整填料的性能,对电沉积法制备的泡沫铁铬镍规整填料进行了流体力学和传质性能实验。结果表明:泡沫铁铬镍规整填料的压降随F因子和喷淋密度的增大而增大,液泛点的Ff因子达到2 m/(s·kg~(0.5)·m~(1.5))以上,且每米填料的理论板数达到3块板以上。相比铸造法制备的泡沫铝和泡沫碳化硅规整填料,泡沫铁铬镍规整填料的压降低、持液量小、操作弹性大,其传质性能与传统规整填料M250Y和BX500相当。在实验基础上,拟合了泡沫铁铬镍规整填料的压降关联式和液泛气速关联式,为今后的工业化设计提供指导。     

泡沫金属填料旋转床用于CO2的吸收

采用空气-CO2-NaOH体系,对泡沫金属填料旋转床的气相压降特性和CO2吸收特性进行研究,研究结果表明：泡沫金属填料旋转床的气相压降随转速和气量提高而增加,与液量的变化无关;体积传质系数（KGa）随转速的提高先增大后缓慢降低,随气量的增加几乎呈线性减小,随液量的增加而增加。与常见的金属丝网填料相比,泡沫金属填料具有动平衡性好、传质效率高、压降低等优点。     

3D打印新型规整填料的实验性能研究

为了开发高效的新型规整填料,文中设计一种全新结构的规整填料(DP-1填料),利用3D打印技术制作,并用空气-水、环己烷-正庚烷物系分别进行了流体力学实验和传质实验。实验结果表明:DP-1填料的压降和持液量都随气相F因子的增大而增大,泛点气速随喷淋密度的增加而减小,每m理论板数可达8块。根据实验现象及结果可知,与传统规整填料相比,DP-1填料的操作弹性小,传质性能较为优良,其中主通道的颈缩区域尺寸、径向开孔尺寸以及通道壁厚尺寸为影响DP-1填料性能的主要结构因素。研究结果表明3D打印技术为新型规整填料的研究和工业化开辟了新的思路。     

规整填料和散堆填料传质性能比较

通过对苯 -甲苯精馏传质系数的计算 ,比较了规整填料 ( 2 5 0 Y)和散堆填料 ( 5 0 #鲍尔环 )的传质性能。结果表明 ,规整填料的传质性能优于散堆填料。这一优势主要得益于前者的比表面积远大于后者。若以传质系数 k L、k G来比较 ,新型散堆填料要强于规整填料。如何提高规整填料单位面积的传质强度是新型规整填料发展的重要方向     

新型气相分配器对隔板填料塔性能的影响

针对一种新型隔板塔气相分配器，搭建了一套直径600mm、高度5600mm的隔板填料塔冷模实验系统，探究了液相分配比变化对气相分配比产生的影响以及新型气相分配器在隔板填料塔内的分配效果。结果显示：在本实验系统中，液相分配比在1～6之间变化时，隔板塔内气相分配比与液相分配比呈负相关的关系，即液流喷淋密度增大的一侧气体量反而会减少，气相分配比最多可由0.95降至0.6左右，这使得隔板塔远离高效操作区，严重影响了隔板塔内的传质效率；喷淋密度分别为6.27m³/(h·m²)、9.41m³/(h·m²)、15.68m³/(h·m²)时，分配器在隔板填料塔中具有较好的分配性能，可以通过分配器上的调节液位高度，使得喷淋密度增大的一侧，气相流量增多，气相分配比可由0.85调节至1.25左右，加强了气液两相传质，保证了隔板塔的高效运行。     

小波纹齿角梯形规整填料实验研究

规整填料在过程工业中得到广泛的应用,但近年来性能改进不大,因此它的强化研究具有重要意义。文中在1套全自动的50 mm内径的精馏塔内,用乙醇-正丙醇体系对小波纹齿角梯形规整填料的流体力学和传质性能进行了研究,并与相同比表面积的Mellapak填料进行了比较。实验表明,小波纹齿角梯形规整填料单位床层压降可减小30%,同时传质效率提高了16%。小齿角梯形规整填料综合性能优良,是一种有广泛应用前景的新型波纹规整填料。     

亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验

将亲水无纺布PVC复合规整填料作为溶液除湿塔芯体,开展亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验,分析在不同空气流量、溶液流量、溶液温度下,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿率、除湿效率、传质系数和传热系数的变化。在实验条件下,除湿率、除湿效率、传质系数、传热系数最大值分别为11.05 g·kg~(-1)、86.7%、12.95 g·(m~2·s)~(-1)、10.33 W·(m~2·℃)~(-1);与CELdek规整填料和塑料波纹孔板填料相比,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能最优。对实验数据回归分析,得到亲水无纺布PVC复合规整填料除湿效率实验关联式。关键词:润湿性;规整填料;溶液;传质;传热     

旋转填料床中2种填料压降和传质特性的对比

分别以空气-水和磷酸钠溶液吸收模拟烟气中SO2为实验体系,对装填有θ环和波纹丝网填料的逆流旋转填料床压降和传质特性进行了对比研究,结果表明:在实验操作范围内,逆流旋转填料床的湿床压降随气量、超重力因子的增大而增大,受液量的影响很小;2种填料的湿床压降相差不大,且均低于750 Pa。2种填料的Kya均随喷淋密度、空床气速和超重力因子的增加而增大,当U=6 m3/(m2·h),u=0.73 m/s,β=85及更高的操作范围时,θ环填料的Kya比波纹丝填料高25%以上,说明θ环填料的传质性能明显优于波纹丝填料;最后得到装填θ环和波纹丝填料的旋转床湿床压降和体积传质系数的经验关联式。文中的研究结果对旋转填料床的设计和选型有重要意义。