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。     

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。     

改性塑料规整填料的流体力学和传质性能研究

主要研究了不同比表面积和开孔率塑料规整填料表面处理前后的流体力学和传质性能。结果表明：经过表面改性后,传质性能可提高约20%～35%,开孔填料经表面改性后阻力不会增加,并且在低喷淋密度时传质效率提高显著。     

S型规整填料的流体力学与传质性能

通过对4种不同比表面积S型金属丝网波纹填料进行冷模实验,研究分析了S型填料的流体力学和传质性能,并把其性能与同比表面积的金属丝网波纹填料进行了对比。研究表明,S型填料具有较小的塔压降,当F =1.2 (m/s)·(kg/m³)^0.5时,S800的干塔压降比CY800降低了40.02%;当F =1.2 (m/s)·(kg/m³)^0.5、L=25.46 m³/(m²·h)时,S800的湿塔压降较CY800降低了78.18%。S型与CY型填料相比具有较大的液泛气速,S800的液泛气速较CY800增加了22.22%以上;另外,S型填料具有较高的传质效率,S800型填料的理论级数每米最高可达到20块/m,当L=25.46 m³/(m₂·h),F≤1.5 (m/s)·(kg/m³)^0.5时,S800的理论级数较CY800提高了12.33%以上,传质效率较传统填料有很大程度的提高。S型填料的流体力学和传质性能均较好,能同时满足高通量、低压降、高效率等生产要求,有很好的应用前景。     

泡沫碳化硅波纹规整填料的流体力学及传质性能

将碳化硅陶瓷材料用于精馏过程,将该材料与波纹板类填料形状相结合开发出泡沫碳化硅波纹规整填料和光滑碳化硅波纹规整填料.对2种填料进行了流体力学性能与传质性能的测试,研究了泡沫结构对规整填料性能的影响.在直径100mm的有机玻璃塔中使用空气-水体系对填料进行干填料压降、湿填料压降、泛点气速、持液量等流体力学性能测试;在直径100mm的常压玻璃塔中,使用环己烷-正庚烷标准物系进行全回流操作,对填料进行传质性能测试.实验结果表明,在填料外形相同的情况下,与光滑填料相比,泡沫填料的干、湿填料压降较高,泛点气速相当,持液量增大,传质效率显著提高.     

低表面张力物系在规整填料塔中的传质性能

为了研究低表面张力物系在高比表面积的规整填料塔中的流体力学性能和传质性能,选用正庚烷-甲基环己烷物系,在内径400mm的不锈钢精馏塔中对Mellapak 500Y和750Y型规整填料进行全回流精馏实验。通过测定气相负荷从小到大直至液泛的过程,得到了不同操作条件下的压降、泛点气速、传质效率的数据,给定了操作的极限。结果表明:750Y填料的传质效率优于500Y填料,但稳定性比500Y填料差,处理量比500Y填料小。且实验中气相负荷递增变化时的传质效率略低于气相负荷递减变化时的传质效率。同时,为了考察传质效率随塔高的变化,填料塔在不同高度处设置了4个取样口,测定了不同取样口中样品的组成。通过分析传质效率随塔高的变化,阐述了不同负荷范围内气相总体积传质系数沿塔高的变化规律。     

液体黏度对CO_2吸收塔规整填料传质性能的影响

为了有效提高CO2捕集过程中的传质效率,需要测量规整填料在不同溶液体系下的传质性能。在氢氧化钠水溶液-空气-CO2体系的基础上,通过向液相加入甘油的方法,使液相黏度由0.001 Pa·s最高增加至0.002 5 Pa·s。这一改变使实验体系更加接近真实的CO2吸收体系,如乙醇胺、二乙醇胺水溶液等。利用此改进后的体系,在直径为200 mm、填料高度为800 mm的填料塔中,测量了波纹倾角为45°、齿顶角为90°、波纹峰高为9 mm的金属板波纹规整填料在不同操作条件下的有效传质面积。实验结果显示:黏度的改变直接影响到填料在同等条件下的有效传质面积。在实验的基础上,将黏度参数关联到新的关联式中,可以有效预测在不同黏度体系下的有效传质面积,计算值与实验值吻合较好。     

新型规整填料的流体力学性能研究

介绍了一种新型规整填料XY-1000,对XY-1000金属丝网波纹填料进行了流体力学性能实验.测定了干、湿填料塔的压降,泛点气速,得出了关联式.结果表明XY-1000型填料塔压降较低,操作弹性、通量较大,所得关联式误差在±18%以内.与WSY型填料相比,它是一种适应更广泛、性能优越的填料.     

利用CFD及结点网络相结合的方法研究规整填料传质效率

气液两相不均匀流动是造成填料塔传质效率下降的主要原因之一.采用计算流体力学方法,定量分析规整填料内气液两相流动对传质效率影响的研究尚未见文献报道.从Navier-Stokes方程出发,首先建立了考虑气液之间相互作用的CFD计算模型,定量描述了填料片内的气相流场分布.在此基础上,结合文献中提出的液相结点分布模型及一些经典的传质理论,初步提出了适用于定量计算金属板波纹填料传质效率的耦合型算法,并对规整填料内的传质效率进行了计算,模型结果与实验值吻合较好.为规整填料传质效率的定量研究提供了新的方法和思路.     

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。     

微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO2的传质特性

采用高速摄像仪对微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO₂的传质行为进行了实验研究。考察了弹状流型下气液两相流量比和离子液体浓度对液侧体积传质系数k_La和液侧传质系数k_L的影响。当离子液体浓度不变时,k_La、k_L均随气液流量比的升高而增大并逐渐趋于恒定。当液相流量不变时,对于不同浓度的离子液体溶液,液侧体积传质系数k_La和液侧传质系数k_L随气液流量比的变化曲线出现了交叉点。在交叉点之前,k_La和k_L均随着离子液体浓度的增大而减小;在交叉点之后,k_La和k_L均随着离子液体浓度的增大而增大。提出了用于预测液侧体积传质系数k_La的新的量纲1经验关联式,预测效果良好。     

Mass transfer performance of structured packings in a CO2 absorption tower

This paper studies the mass transfer performance of structured packings in the absorption of CO2 from air with aqueous NaOH solution. The Eight structured packings tested are sheet metal ones with corrugations of different geometry parameters. Effective mass transfer area and overall gas phase mass transfer coefficient have been measured in an absorption column of 200 mm diameter under the conditions of gas F-factor in 0.38–1.52 Pa0.5 and aqueous NaOH solution concentration of 0.10–0.15 kmol·m?3. The effects of gas/liquid phase flow rates and packing geometry parameters are also investigated. The results show that the effective mass transfer area changes not only with packing geometry parameters and liquid load, but also with gas F-factor. A new effective mass transfer area correlation on the gas F-factor and the liquid load was proposed, which is found to fit experiment data very well.     

Gas–liquid mass‐transfer properties in CO2 absorption system with ionic liquids

The deficiency of mass‐transfer properties in ionic liquids (ILs) has become a bottleneck in developing the novel IL‐based CO₂ capture processes. In this study, the liquid‐side mass‐transfer coefficients (k_L) were measured systematically in a stirred cell reactor by the decreasing pressure method at temperatures ranging from 303 to 323 K and over a wide range of IL concentrations from 0 to 100 wt %. Based on the data of k_L, the kinetics of chemical absorption of CO₂ with mixed solvents containing 30 wt % monoethanolamine (MEA) and 0–70 wt % ILs were investigated. The k_L in IL systems is influenced not only by the viscosity but also the molecular structures of ILs. The enhancement factors and the reaction activation energy were quantified. Considering both the mass‐transfer rates and the stability of IL in CO₂ absorption system, the new IL‐based system MEA + [bmim][NO₃] + H₂O is recommended. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 60: 2929–2939, 2014     

Mass transfer in structured corrugated packing

The performance of structured corrugated packing has been simulated by establishing mechanistic models for liquid distribution, liquid flow on the packing surface and mass transfer. The models were used to investigate the effect of packing height, liquid load, initial maldistribution as well as differing initial distribution and solid-liquid contact angle on the packed column performance. Wetted surface area is the primary value of interest and the simulated results compare very well with those predicted by Onda (1968). The results clearly demonstrate that the wetted surface area is a strong function of the solid-liquid contact angle. Other predicted values such as mass transfer coefficients and overall height of a transfer unit show reasonable agreement with published data.     

功能型离子液体的合成表征及CO2吸收性能

合成了两种传统型离子液体［bmim］BF₄和［emim］BF₄及含有胺基和羟基的功能型离子液体［NH₂P-mim］Br、［NH₂-e-mim］BF₄、［OH-e-mim］Br,并对合成的离子液体进行IR和¹H NMR表征。常温常压条件下,对所合成的离子液体开展CO₂吸收性能实验,发现胺基改性离子液体［NH₂P-mim］Br、［NH₂-e-mim］BF₄和羟基改性离子液体［OH-e-mim］Br的CO₂饱和吸收量分别是常规离子液体的3～9倍和1～2倍,且含有乙基官能团的离子液体吸收平衡时间普遍较短。最终探讨了温度、CO₂分压等对功能型离子液体吸收CO₂过程的影响。     

旋流气液两相强化吸收CO2的传质性能

为强化二氧化碳的吸收过程,采用一类旋流逆向气液多级接触的方式,以NaOH溶液为吸收剂,研究其与大跨度浓度CO₂(2.5%～15%)接触反应的传质性能。分别探讨了吸收剂浓度、吸收剂流量、烟气CO₂浓度、烟气流量及反应温度对气相总体积传质系数(K_ga)的定量影响。结果表明,在实验条件下,其K_ga可达(4.53×10^-5)～(9.22×10^-5)kmol·m^-3·s^-1·kPa^-1。与双级直流喷雾和单级旋流喷雾相比,旋流逆向气液多级接触能够有效强化大跨度浓度CO₂的吸收过程。K_ga随吸收剂浓度、流量和反应温度的增加而增加,随CO₂浓度增加呈现先增加后减小(CO₂浓度大于5%)的非线性关系,随气体流量增加先增加后趋于稳定。     

Performance and pressure drop of CO2 absorption into task-specific and halide-free ionic liquids in a microchannel

The gas–liquid two-phase flow pattern, absorption rate and pressure drop of CO₂ absorbed into the aqueous solution of the task-specific ionic liquids (1-aminopropyl-3-methylimidazole tetrafluoroborate [Apmim][BF₄] and 1-hydroxyethyl-3-methylimidazole tetrafluoroborate [OHemim][BF₄]) and halide-free ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium methylsulfate [Bmim][CH₃SO₄] were investigated in a microreactor. The absorption mechanism of the three ionic liquids was analyzed employing the ¹³C NMR spectroscopy. The [Apmim][BF₄] was found to have the best ability of CO₂ capture compared with the other two ionic liquids, as chemical absorption occurred between [Apmim][BF₄] and CO₂, while only physical absorption took place between [OHemim][BF₄]/[Bmim][CH₃SO₄] and CO₂. The sequence of CO₂ absorption rate in three ionic liquids aqueous solutions is: [Apmim][BF₄] > [Bmim][CH₃SO₄] > [OHemim][BF₄]. Furthermore, the effects of gas–liquid flow rate and ionic liquids concentration on CO₂ absorption rate and pressure drop were studied, the pressure drop models based on various flow patterns were proposed.     

肉桂酸型离子液体的合成及其二氧化碳吸收

合成了一系列肉桂酸型功能化离子液体,研究了其CO₂ 吸收性能。结果表明,肉桂酸型功能化离子液体吸收二氧化碳性能良好,其阴离子苯环上的取代基会影响CO₂ 吸收性能。随着温度的升高和压力的降低,其CO₂吸收性能都会降低。同时,该离子液体具有很好的循环稳定性,经过5 次吸收脱附循环,该离子液体仍能保持较高的CO₂ 吸收量。结合红外光谱和其低浓度下CO₂ 的吸收研究发现肉桂酸型离子液体吸收CO₂ 存在着化学作用。