微通道反应器的一维放大及气液传质特性

微通道反应器能有效增强气液间传质,但处理能力受限。为了提高微通道的处理量,对微通道反应器的一维放大及气-液传质特性进行了研究。以乙醇胺（MEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）混合水溶液吸收CO₂为研究物系,在通道深度恒定时,考察了微通道宽度、气液流速对传质特性的影响。结果表明,传质系数和体积传质系数均随通道宽度先增大后缓慢减小,在通道宽度为1000 μm时达到最大值。比表面积随通道宽度的增大而降低。因此,合理增大微通道宽度,可在提高处理能力的同时,仍然保持良好的传质特性。     

多室气升式环流反应器传质特性

以Higbie的渗透理论为基础,建立了多室气升式环流反应器体积传质系数的模型方程．用亚硫酸钠空气氧化法测定反应器的比表面积和体积传质系数,讨论了表观气速和催化剂浓度对它们的影响,并验证了模型的适用性。     

气液微反应器研究及展望

气液微反应器具有效率高,速度快,操作灵活,易于装卸和运输的特点,是作为实现过程强化、满足绿色化工生产的重要设备之一。对各种新型气液微反应器进行了介绍,阐述了气液微反应器内流动特性和传质特性,最后对其未来进行了展望。     

自吸式反应器气液传质实验研究和CFD模拟

对一种自吸式反应器的气液分散性能进行了实验研究,并采用计算流体力学(CFD)ANSYS CFX中对自吸式反应器在600,800,1 000,1 200 r/min 4种转速条件下气液二相流的流场、局部气含率及整体气含率进行了数值模拟,并采用Higbie溶质渗透模型模拟研究了反应器的容积传质系数。研究结果表明:气液二相流场与高速摄像机拍摄的结果相同,成对称分布;自吸式反应器的局部气含率分布均匀,上下分布良好,整体气含率的模拟结果与实验结果一致,实验值和模拟值误差为5.1%;局部容积传质系数分布良好,气体出口附近较好,容积传质系数模拟值与实验值变化趋势一致。     

气液液三相体系中的气液传质特征

选取CO2-K2CO3/KHCO3为吸收体系,次氯酸钠为催化剂,甲苯、异戊醇为第2液相,应用Danckwerts图来同时确定液侧传质系数KL和界面面积a,通过实验研究了分散第2液相的加入对气液传质的影响。实验结果表明,随着分散相体积分数φ(1%—10%)的增大,或分散相形成的液滴直径的减小,以及传质组分在分散相和连续相中溶解度的比值m(即传质组分在实验体系的分配系数)增加,或在二相间的相对扩散系数增加时,可显著增强气液传质,为气液液三相体系的系统化研究提供了实验依据。     

旋流吸收器气液吸收传质过程研究

根据旋流吸收器中分散液相不同的运动形态建立了伴有化学反应的气液吸收传质模型,且该模型的表达形式与Danckwerts的表面更新理论一致。从模型上看,液侧传质系数kL正比于扩散系数DA和表面更新率S的平方根,这一正比关系还得到了实验结果的部分验证。根据实验结果可以看出,与其他吸收器相比,作为一种结构简单的静态设备,旋流吸收器同样可以提供一个强化传热、传质的流体力学环境。     

浆态鼓泡床反应器气液传质特性的研究进展

本文总结了有关浆态鼓泡床反应器气液传质特性的研究成果。详细地阐述了主要影响因素如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质,固体浓度及其物性等对传质特性的影响,并对浆态鼓泡床传质模型进行了归纳介绍,最后对反应器未来的研究方向进行了预测。     

微量醇及电解质强化气液传质的研究

在气升式内环流反应器中考察了微量醇类物质(乙醇、叔丁醇、季戊四醇)及电解质(CaCl2)对氧的液相体积传质系数和气含率的影响。结果表明,向空气-水体系中添加微量醇类物质可以明显改善气液传质性能,同时醇类物质强化气-液传质存在一极限浓度,超过此浓度后,氧的液相体积传质系数略有降低;当表观气速增加时,去离子水体系和含醇体系的气含率都增加,但醇体系的气含率明显高于去离子水体系。此外,添加电解质CaCl2也会使氧的液相体积传质系数有所提高,并从离子强度的角度对其抑制气泡聚并的机理进行了分析。     

喷射式气,液反应器在空气—水系统中的传质特性

在对喷射式气、液反应器中复杂的流动行为进行简化和假定的基础上,导得了传质模型,并以空气-水系统进行实验研究。用光电毛细管法测定喷射管内气泡平均直径 d_(32)和比表面积 a,用氮气解吸水中溶解氧的方法获得体积传质系数 k_La,以确定传质模型中的有关参数。实验获得如下结果:α=9.18×10~2β~(0.74)e~(0.372),k_Lα=0.7206β~(0.88)e~(0.492)。其结果与理论分析较接近,可作为喷射式气、液反应器设计参数。     

气液传质理论研究进展

文内对气液传质的理论研究进行了评述，并预测了未来的发展方向     

Gas-liquid mass transfer in two and three-phase upflows through a vertical tube

Oxygen absorption rates were measured to determine volumetric coefficients of gas-liquid mass transfer coefficients k_La in gas-liquid and gas-liquid-solid upward flows through a vertical tube. The liquid was deionized water or aqueous glycerol solution, and the solids were glass beads or polystyrene beads. The dependencies of k_La on gas velocity, liquid velocity, temperature, solid material, and solid concentration were examined. The experimental results were correlated with empirical equations. The mechanisms of the solid loading effect are discussed.     

Gas-liquid mass transfer in “dead-end” autoclave reactors

Gas-liquid volumetric mass transfer coefficients, (k_La), have been obtained for “dead-end” autoclave reactors operated in two different modes: (a) gas introduced into the gas phase, and (b) gas introduced through a dip-tube in the liquid. Three different methods of k_La determination have been compared. Effects of agitation speed, impeller diameter, gas to liquid volume ratio (V_g/V_L), position of the impeller and reactor size on k_La have been investigated. The k_La data were found to be correlated as: k_La = 1.48 × 10^?3 (N)^2.18 (V_g/V_L)^1.88 (d_I/d_T)^2.16 (h₁/h₂)^1.16 The critical speed of surface breakage, at which transition from the surface convection to the surface entrainment regime occurs, was also determined for different impeller positions, impeller diameters and gas to liquid volume ratios.     

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。     

表面张力对传质过程的影响

表面张力对传质过程的影响主要是影响传质界面积,当物系为正物系时,对板式塔有较小较稳定的汽泡,对填料塔和湿壁塔,有较稳定的液膜,结果使二者均有较大的传质界面积,传质效果较好;负物系的情况相反。当液体混合物的平均表面张力较小时,也有利于形成较小较稳定的汽泡,从而有利于传质。表面张力对传质过程的影响机理相当复杂,这方面的研究工作有待深入开展。     

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。     

Gas-side mass transfer coefficients in a falling film microreactor

Gas–liquid mass transfer in a falling film microreactor (FFMR) with 29 microchannels (0.6 mm width each) was investigated. CO₂ was absorbed from a CO₂/N₂ gaseous mixture into a NaOH aqueous solution and the liquid-side mass transfer coefficient and the gas-side mass transfer coefficient were measured. The influence of gas concentration on the value of gas-side mass transfer coefficient has been discussed.     

Gas-liquid mass transfer in three-phase fluidized beds with viscous pseudoplastic liquids

Liquid phase volumetric mass transfer coefficients for oxygen were determined in three-phase fluidized beds of 8 mm glass spheres fluidized by a cocurrent flow of air and pseudoplastic polysaccharide solutions (carboxymethyl cellulose, xanthan). A semi-theoretical relation for the effective shear rate was suggested. The mass transfer coefficients could be correlated, together with literature data for particle diameters of 3 mm and 5 mm in other liquids, using the terminal velocity as the particle-specific property.     

界面湍动对气液传质的影响

气液传质过程中经常伴有界面湍动。界面湍动由传质的不均匀性引起,反过来又极大地促进传质。介绍了界面湍动的产生机理和形成条件,对4种不同Ra和Ma准数的情况分别进行了分析。讨论了界面湍动强度对气液传质系数的影响关系。传质系数与Man成正比,其中n随着Marangoni对流胞类型的不同而在1/3和1之间变化。在气液系统中,液相与气相阻力比越大,由界面湍动引起的传质的增强效应越显著。     

Gas-Liquid mass transfer in a three-phase fluidized bed with floating bubble breakers

The effects of liquid and gas velocities, particle size and volume ratio of floating bubble breakers to solid particles (V_f/V_s) on both the volumetric mass transfer coefficient, k_la, and the gas-liquid interfacial area, a, have been determined in three-phase fluidized beds with floating bubble breakers. Beds having a volume ratio (V_f/V_s) of about 0.15 showed a maximum increase in both k_la and a of about 30% in comparison to that in the corresponding bed without floating bubble breakers. The volumetric mass transfer coefficient in three-phase fluidized beds with or without floating bubble breakers can be estimated from the surface renewal frequency of liquid microeddies and the particle size.