水力喷射空气旋流器中射流流型及其对传质面积和气相压降的影响

为了进一步提高水力喷射空气旋流器（WSA）的传质效率以及认识射旋流体系的气液传质机理,对WSA中的射流流型进行了系统的观察研究,绘制出了不同进口气速下射流流型图。以CO₂-NaOH化学吸收体系测定了相应射流流型下的有效比相界面积a。结果表明,在低射流流速（≤4.42 m·s^-1）下,液相射流随着进口气速增大,主要存在稳态射流、变形旋线射流、破碎旋线射流、雾化旋线射流、贴壁雾化旋线射流5种流型;在高射流流速（≥6.19 m·s^-1）下,射流主要出现稳态射流、破碎旋线射流以及雾化旋线射流3种流型。a值与流型有关,雾化旋线射流下的a值大于其他流型下的对应值。低流速下的贴壁雾化,不利于气液两相充分接触,对应a值较小。a值与射流流速有一定关系,随着射流速度的增大而略有增大,且随着射流流速增大至8.84 m·s^-1以上,增大的幅度变大。     

水力喷射空气旋流器中射流雾化过程模拟及其机理

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种新型高效的气液传质反应设备。采用雷诺应力模型和VOF两相流模型较好地模拟了WSA的气相压降特性、液相回流比和射流雾化过程,并讨论分析了雾化过程的机理。模拟和实验研究表明,WSA的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区、压降过渡区和高压降区4个特征区域,并给出了不同压降区域之间转折点气速的计算方法。射流在这4个压降区域里,分别表现为稳态射流、变形与袋式破碎、袋式破碎与剪切雾化和剪切雾化与离心分离等流态。射流在压降过渡区与高压降区的转折点左右实现充分雾化并达到最大相间传质面积。研究结果为建立基于WSA压降特性的射流雾化与流场调控方法提供了理论依据。     

水力喷射空气旋流器吹脱处理挥发性有机物废水

采用超重力气液传质设备水力喷射空气旋流器(WSA)对乙苯模拟的VOC废水进行吹脱处理,考察了废水初始浓度、进口气速、射流流速、废水温度等因素对处理过程传质效率的影响。结果表明,进口气速越大、废水温度越高,VOC吹脱去除传质效率越高;射流流速加大,VOC的吹脱处理效率先增大后保持不变;废水初始浓度对VOC的吹脱去除效率影响较小。初始浓度为45 mg/L的VOC废水,采用WSA吹脱处理3 min后,VOC的去除率可高达99%以上,气液传质效率是曝气柱等传统设备的2倍以上。     

鼓泡塔反应器中乙烯-苯体系气液传质系数的测定

以乙烯-苯系统为对象,借助计算机图像处理技术,采用单孔进气,研究了常温常压下鼓泡塔反应器内的传质特性.实验结果表明:在塔内液体循环速度0.02m·s-1,空塔气速2.1×10-1~6.1×10-1m·s-1、进气孔径0.8~2mm实验条件下,乙烯在苯中的吸收溶解过程主要与温度、压力及气体和液体的性质有关;吸收过程刚开始时,气泡当量直径较大,气泡消失速率较大,吸收过程类似于CO2在水中的吸收过程;气液传质比表面积α随着空塔气速的增大而增大,孔径和空塔气速的影响可以忽略;气液传质系数κL受空塔气速、进气孔径变化的影响很小,其值约为1.372×10-1m·s-1.     

水力喷射-空气旋流器中微粒强化气液传质及其机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,研究了第三相固体粒子对气液传质的影响。分别采用化学吸收法(CO₂-空气-NaOH体系)和物理吸收法(CO₂-空气-H₂O体系)测定了不同固含率c_s、进口气速u_g、液体喷射速度u_L下的有效相界面积a和液膜传质系数k_L,并由此得到总体积传质系数k_La和增强因子E。结果表明,随着粒子固含率增大,k_L、a、k_La和E先增大后减小,存在一适宜固含率。在不同进口气速和液体喷射速度下,加入微粒后,k_L、a、k_La均增大,但E随进口气速和液体喷射速度增加而减小。微粒加入后,主要从a、k_L和表面更新频率S这3方面强化了气液传质,但主要是通过增强表面更新频率S而实现的。     

水力喷射空气旋流器用于吸收处理工业尾气中的氨气

针对工业尾气中氨气吸收存在的传质效率低、设备易于堵塞等问题,本文采用新型超重力气液传质设备水力喷射空气旋流器(WSA),以稀硫酸溶液为吸收剂,开展了氨气吸收处理研究。研究考察了初始NH₃浓度、进口气速、喷孔面积以及中心排气管直径等操作参数和WSA结构参数对氨气吸收处理效率的影响。研究结果表明,NH₃吸收率随着初始NH₃浓度和进口气速的增大均呈现先增大后降低的规律。NH₃吸收率随着WSA的喷孔面积的增大先增大后趋于平缓,但却随着WSA的中心排气管直径的增大而降低,但压降也随之增大。在NH₃浓度为4500mg/m³左右,进口气速为26.46m/s时,采用喷孔面积为565.5mm²、中心排气管直径为32mm的WSA,NH₃吸收去除率可达99.5%以上。该工艺在工业尾气中的NH₃回收处理方面具有较大的应用前景。     

超声内环流气升式反应器传质性能的研究

研究了超声内环流气升式反应器中空气-水-离子交换树脂体系的气液传质与液固传质性能.分别采用电极动态法和离子交换树脂法实验测定了气液传质和液固传质系数.重点考察了表观气速、超声电功率对于气液传质系数以及液固传质系数的影响.实验表明,内环流气升式反应器中表观气速对于气液传质性能影响较大,而超声作用对气液传质影响不大.该反应器中液固传质系数随表观气速的增加而增大;无超声作用情况下,当表观气速达到一定程度时,液固传质系数保持一恒定值.超声作用时,气速增加到4 cm·s-1左右,传质系数达到最大值,随后液固传质系数随着表观气速的增加而逐渐减小,传质系数仍然大于无超声作用时的值.超声对液固传质有较强的促进作用,电功率在150 W左右时,超声对液固传质的促进作用最佳,是不加超声作用时传质系数的两倍左右;但随着电功率的进一步增大,液固传质系数呈现下降趋势.     

水力喷射空气旋流器分离空间结构对气液传质性能的影响

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种利用液体射流在气体旋流场中雾化强化气液传质的新型传质设备, 可广泛用于废水、废气处理等环境工程过程中。为了优化水力喷射空气旋流器的分离空间结构, 本文通过废水氨氮吹脱实验对柱锥结合形WSA和柱形WSA分别进行了气液传质性能研究。研究结果表明, 分离空间结构对水力喷射空气旋流器的气液传质性能存在影响。在相同工作条件下, 与柱形WSA相比, 柱锥结合形WSA具有更好的气液传质性能和略高的气相压降, 后者吹脱氨的体积传质系数提高了约8%, 主要原因在于柱锥结合形WSA内部具有更好的射旋流耦合雾化作用和离心超重力强化传质的综合效果, 使得两相比传质面积增大, 传质效率增高。研究结果可为设计传质性能良好的WSA提供设计依据。     

水力喷射空气旋流器吹脱处理氯苯废水

采用水力喷射空气旋流器(WSA)吹脱处理模拟氯苯废水,考察了氯苯初始质量浓度、进口气速、射流流速、废水温度等因素对吹脱处理效果的影响。结果表明:进口气速越大、废水温度越高,氯苯的吹脱去除率越高;射流流速加大,氯苯的吹脱效率先增大后保持不变;氯苯初始质量浓度变化对氯苯的去除率影响较小。采用WSA吹脱处理初始质量浓度为25 mg/L的氯苯废水,3 min氯苯去除率可达99%以上。     

喷射型环流反应器中气含率和液速的分布

喷射型环流反应器拥有良好的固体悬浮、液相混合与气液传质性能。在表观气速0.065-0.105 m?s-1的半间歇操作条件下,实验测量了喷射型环流反应器内的气含率以及液速的空间分布。在实验的基础上对反应器进行了三维瞬态的CFD模拟,并且用耦合群平衡模型(PBM)来模拟系统内气泡的聚并破碎行为。喷嘴的高速射流产生一定比例的大气泡驱动液体循环,使循环液速成倍增加。大气泡浮升过程中逐渐破碎成小气泡,导致提升管内的气含率随着轴向塔高增高而增大,降液管中也有类似的分布。实验和模拟都表明,喷射型环流反应器内由于喷嘴的使用导致了分布器影响区的明显延长,不存在流动充分发展的区域。     

水力喷射-空气旋流器中气液传质特性及其机理

对一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)的传质机理进行了研究。分别采用化学吸收法(CO₂-空气-NaOH体系)和物理吸收法(CO₂-空气-H₂O体系)测定了不同进口气速、不同液体喷射速度下的有效相界面积a和液膜传质系数k_L,并由此得到体积传质系数k_La。结果表明,由于WSA中气液间的强交互作用,a、k_L以及k_La均随进口气速和液体喷射速度增大而增大。采用量纲分析法对实验数据进行了归纳,拟合出了a、k_L和k_La随气相Reynolds数Re_g、液相Weber数We_L之间的经验公式:a=0.0024Re_g^1.25We_L^0.079,Sh_L=35.31Re_g^0.2303We_L^0.13,k_La=6.52×10^-8Re_g^1.48We_L^0.21,这些关联式能较好地预测WSA的传质性能。研究还表明,在WSA中的气液射-旋流传质体系中,传质过程符合双膜理论、表面更新理论和溶质渗透理论,但以表面更新机理为主。     

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。     

大型射流流化床的流型转变与射流深度

在高 8m、直径 0 .5m的大型射流流化床中 ,通过摄像分析法 ,研究了射流、喷流两种流型的转变 .结果表明在低静床高、大射流气速下易出现喷流 ;喷流出现时 ,功率谱主频射流气速曲线上出现一转折点 .转折点射流气速与摄像法得出的流型转变射流气速相同 .提出了射流、喷流流型转变关系式 .同时发现射流深度随射流气速变大而增大 ,结合二维射流床射流深度的研究结果 ,得出了射流深度的预测式     

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。     

底部挡板与进气位置对水力喷射空气旋流器传质性能的影响

水力喷射空气旋流器(water-sparged aerocyclone,WSA)是一种利用液体射流在气体旋流场中雾化强化气液传质的新型传质设备,可广泛用于废水、废气处理等环境工程中。为了改进水力喷射空气旋流器结构,提高其气液传质性能,本文通过废水氨氮吹脱实验研究了进气口轴向位置以及底部挡板的设置对气液传质性能的影响。实验结果表明,进气位置与底部挡板对水力喷射空气旋流器的气液传质性能存在影响。在相同工作条件下,气相进口沿轴向下移对WSA内气液传质性能作用较小,但能够使其气相压降降低约为10%。在WSA主筒体底部液封区域设置挡板,能够强化WSA底部气液两相的混合,进而提高低液相循环流量下WSA内的气液传质性能,且随进气速度的增加,其效果越显著,研究结果可为设计传质性能良好的WSA提供设计依据。     

单孔及微孔曝气低气速鼓泡床内气泡行为比较

引言鼓泡床反应器被广泛应用于吸收、液相氧化、好氧生化等气液反应过程,气体在液相中的分散情况对鼓泡床的反应和传质特性都有很大影响.为了提高气液传质效率,增加生产强度,工业反应器很多都是在高气速下操作(Ug>0·05m·s-1),很多研究都集中在高气速湍动鼓泡区[1~3].但对有机     

气液喷射器内的气液流型分析

在上喷式喷射器内利用水-CO2实验系统,通过平面激光诱导荧光技术(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)和常规流量测定,获得了流速数据和流型图片,分析了操作条件对气液喷射器内流型的影响.液气体积流率各自的操作范围为0.495～1.062 m3·h-1和0.1～4.6 m3·h-1.在非常低的气液比下(G/L≤ 0.2),该喷射器拍照范围内,气体形成细小的气泡均匀分布在液体中,呈泡状流;在高气液比下(G/L ＞0.2),液体以射流形式存在,而气体以环状在液体周围向上绕流,形成喷射流.气液比和气相分率的大小对液体射流柱长度及其瓦解的初始位置有明显影响.随着气液比和气相分率的不断增大,液体射流柱的长度首先增大,约在气液比为2.5～3.0,气相分率在0.7～0.8左右达到最大值,射流柱瓦解的初始位置沿喷射器不断上移;继续增大气液比和气相分率,液体射流柱长度又开始减小,瓦解的初始位置下移,但是前者减幅逐渐变小,直至射流柱长度和瓦解的初始位置比较稳定.     

操作参数对水力喷射空气旋流器脱除细颗粒物的影响

工业生产过程中排放大量有毒有害细颗粒物,对环境和人体健康威胁严重,急需治理。针对传统湿法除尘设备效率较低的问题,本文采用液相射流和空气旋流耦合作用的静态超重力设备——水力喷射空气旋流器(WSA),以平均粒径为1.56μm的滑石粉模拟细颗粒物,研究考察了粉尘初始浓度、液相射流流速、进口气速等操作参数对WSA的总除尘率η的影响;并对实验数据进行归纳分析,总结了操作参数与除尘率之间的数学关系模型。结果表明,WSA对PM2.5含量为74.15%的粉尘样品的除尘率最高达93%以上,尤其是粒径为1.8μm以上的细颗粒物,去除率可达100%;WSA的除尘率随着进气速度、射流速度及粉尘浓度的增大而增大,两者之间关系式为:h=133.61×Re_g~(0.026)×Re_l~(0.027)×(c_s/ρ_s)~(0.065)。本工作为工业细颗粒的脱除提供了一种新的方法。     

微通道中两相流压降与传质的研究

以氮气和水为实验体系,采用均质混合模型,研究微混合器的微通道中两相流通过微通道的压降,并测定了两相流的传质系数.结果表明,微通道当量直径为95.2 μm,气体速率为1.089～4.355 m/s,液体速率为0.006 41～0.170 90 m/s的条件下,均质混合模型计算压降值与实测值吻合良好.气速为1.633～3.484 m/s,液速为0.025 6 m/s时,随着气速增加,传质系数呈递增的趋势.气速为1.633～3.484 m/s,液速为0.019 2 m/s时,随着气速增加,传质系数先增加后降低然后再增加.传质系数对液速变化更为敏感.     

射流鼓泡反应器内气液分散状态检测

射流鼓泡反应器内随着射流速度的增大,先后经历气泛、载气和完全分散三种气液分散状态。本文在射流鼓泡反应器实验装置中,利用Pavlov管测量气体分布器上方壁面附近的液速波动信号,发现液速标准差和时均液速随射流速度的增大均依次出现第一平稳段、上升段、下降段和第二平稳段,其中,第一平稳段对应气泛状态,上升和下降段对应载气状态,第二平稳段对应完全分散状态。据此提出了临界射流速度的判断准则:第一平稳段与快速上升段的交点对应的射流速度为泛点射流速度ujf,下降段与第二平稳段的交点对应的射流速度为完全分散射流速度ujcd。与目测法相比,液速标准差分析得到的ujf的平均相对偏差为5.82%,ujcd的平均相对偏差为18.2%;时均液速分析得到的ujf的平均相对偏差为5.86%,ujcd的平均相对偏差为12.1%。研究还发现泛点射流速度随表观气速的增大而增大。