电场强化臭氧向水中传质的试验研究

首次提出了利用电场强化臭氧向水中传质过程的方法,结果表明:电场能够强化臭氧向水中的传质过程,而且效果和电场的强弱有关,试验中所加电压越高,对于传质的加强效果越明显。当电压为8kV时,和没有电场的情况相比,总传质系数提高41%。该方法为研究臭氧向水中的传质提供了新的途径。     

三相循环流化床中的气液相界面积和传质系数

采用溶氧法测量了三相循环流化床中液相溶氧浓度的轴向分布,并按轴向扩散模型处理实验数据,优化得到气液体积传质系数kLa,同时用光纤探头测量了体系中的气含率和气泡大小分布,计算得到了气液相界面积a和气液传质系数kL,并研究了主要操作条件(表观气速、表观液速和固含率)对气液传质系数的影响规律.     

静止非牛顿流体中气泡生成过程的传质

气泡生成过程中气液传质是气液接触设备的设计、优化的重要参考指标。以二氧化碳气泡在羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose,CMC)溶液中生成过程中的传质为研究对象,分别考察了气速、CMC溶液浓度、针头直径对气泡生成过程气液传质的影响,采用具有CCD显微相机的动态接触角分析仪测量了气泡形状、表面积和体积的变化,进而获得气泡生成过程气液传质系数k_l。实验结果表明,CMC浓度从0.2%增加到0.8%,黏度逐渐增大,传质系数随CMC浓度的增大而增大;针头直径从2.5 mm增加到4 mm,传质系数也随之增大;气速从1 ml·min^-1增加到9 ml·min^-1,传质系数也逐渐增大。     

协同场作用下钒离子在质子交换膜中的传质过程

研究了VO²⁺在Nafion117质子交换膜中的传质过程, 重点考察了不同操作工况下浓度场和电场的协同作用。定量了电场对钒离子透膜传质过程的影响大小, 并根据实验数据拟合出了VO²⁺在Nafion117膜中的表观电迁移率。结果表明:电场对高浓度电解液的离子透膜过程影响较大, 升高温度和增加电解液对流均强化了电场作用在钒离子透膜传质的影响, 加入的正向电场越强, 跨膜渗透越剧烈, 且电场因子随着时间的增加而增加。反向电场有利于缓解钒离子透膜传递过程。     

旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质

应用CO2-MDEA气液吸收体系,对旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质过程进行了定量的模型研究。在所有反应都可逆的情况下,根据Higbie渗透理论建立了旋转床中CO2-MDEA体系的扩散-反应传质模型。通过模型对传质过程的定量描述以及实验结果对模型的验证,超重力旋转床的强化作用可进一步被揭示为:由于不断更新的液膜使得可溶性气体在液膜内形成较大的浓度梯度,从而极大地增大了传质系数,强化了传质;旋转床的强化作用是在动态的传质过程中完成的,液膜的寿命越短则传质系数越大。在不同转速、温度、MDEA浓度和气液流量条件下进行了实验,本文模型的模拟值和实验结果吻合较好。     

非牛顿流体中气泡群传质的研究

CO2气泡群在液相中的传质在化工过程中广泛存在.对CO2气泡群在3种不同流体(牛顿流体、非弹性剪切变稀流体和黏弹性剪切变稀流体)中的气液传质过程进行了研究.利用CO2探针测定了不同操作条件下CO2的体积传质系数,考察了液相浓度,气体流量以及流变性质对体积传质系数的影响.结果表明:在3种流体中,体积传质系数均随气体流量的...     

针-环电极配置下电场对气泡分散特性的影响

在多相反应系统中,外加电场因具有促进离散相在连续相中的分散并强化相间传质的优势而受到广泛关注。基于此,本研究设计并构建了静电液气分散实验测量系统,通过在针-环电极间施加高压直流电产生非均匀电场,以乙醇为连续相、空气为离散相,在考虑气体流量和施加电压影响因素的基础上,采用高速摄像技术对电场作用下的气泡分散过程进行了可视化测量。结果表明,气泡在乙醇中的分散主要呈现滴状、混合和喷雾3种模式。以量纲为1气泡直径（ζ）表征的气泡尺寸随着电邦德数（Bo_E）的增大显著减小,随着气体韦伯数（We_g）的增加而增大,其中在混合模式和喷雾模式下的微气泡尺寸基本在20μm以下。增大Bo_E和We_g均能促进气泡的产生,但Bo_E的影响效果更加明显。同时,发现气泡分散模式的转变主要取决于Bo_E,增大We_g使气泡分散模式的转变趋势延缓。此外,基于本研究实验数据建立了ζ与Bo_E和We_g相关的气泡尺寸预测模型,针对ζ ≤ 5的气泡,该模型结果与实验结果高度吻合。通过低能量消耗实现小气泡的生产一直以来是技术难题,采用电场强化气泡分散为发展相应技术实现强化多相系统中相间混合和传质提供了新思路。     

氧在水中传质过程的探讨

曝气是污水处理厂的一个重要工艺环节,在实际应用中我们大多采用氧气传质速率方程来描述曝气池和设备的性能,但此公式不能预测工艺性能。文章将氧在水中的传质过程分为氧气和水接触界面过程与氧在水中的扩散过程两部分,分别进行分析,得出氧在水中传质的模型,最后结合现阶段对氧气在水中传质的各种研究,讨论了气泡半径、压力、温度、溶氧物质、悬浮物颗粒、粘度、水的紊动条件对氧气在水中传质的影响。     

电场作用下沸腾气泡行为实验

为了进一步探讨电场对沸腾传热强化机理,以水为实验工质,实验研究了电场作用下沸腾单个气泡的行为特性。通过直接加热法产生单个沸腾气泡,并利用高速摄像机拍摄观察了不同热流密度和电场强度组合工况下气泡的生长过程,并对该过程中对电场作用下气泡的脱离形态、周期和长径比等行为特性变化进行了相关定性分析,根据实验结果和相关定性分析,进一步合理阐释了电水动力学强化沸腾传热机理。结果表明:外加电场工况后,电场对沸腾气泡的脱离形态有显著的影响,气泡沿场强方向拉伸变形且场强越大,拉伸变形越明显;气泡的脱离长径比随着电场强度和热流密度的增大而变大;气泡的脱离周期随着电场强度和热流密度的增大而减小。这表明电场和热场协同作用有助于减小气泡的停留时间来减小热源于流体之间的热阻,进一步说明电场和热场对沸腾强化传热有一定的影响。     

毛细管中泰勒流液侧传质特性及其强化机理的CFD模拟

采用计算流体力学（CFD）的方法,研究了圆管中泰勒流的液侧传质特性,分析了泰勒气泡上局部传质特性,并研究了气泡上升速度、液膜长度和液栓长度对液膜处和气泡半球帽处平均传质系数的影响。结果表明,泰勒气泡表面局部传质系数存在3个峰值,液膜处的平均传质系数随气泡上升速度增大显著增大,随液膜长度增大而减小,而半球帽处的平均传质系数随气泡速度和液膜长度的增大变化较小,即膜接触时间增加时,液膜处的传质系数降低,而半球帽处传质系数变化较小。另外,引入场协同原则对单元胞内速度场和浓度场进行分析,解释了局部传质特性及强化机理。最后,给出了分别预测短和长膜接触时间下泰勒流液侧体积传质系数的关联式,该式在较宽的管径尺度范围（0.25～3 mm）内的预测误差在±20%以内。     

硅橡胶复合膜用于含酚水溶液渗透萃取传质过程

以苯酚为模型污染物,以氢氧化钠溶液为萃取液,利用平板复合膜［聚二甲基硅氧烷（PDMS）/聚偏氟乙烯（PVDF）］构造渗透萃取体系,系统地研究了该体系渗透萃取含酚水溶液的传质过程与特性。探讨了料液与萃取液的浓度及流量、运行温度等操作条件及活性层厚度对渗透萃取传质性能的影响。结果表明,pH>13时,总传质系数K_ov不随萃取液流量及浓度变化而变化;苯酚的液膜传质系数kf与膜面流动Reynolds数Re^0.46呈正比,传质通量与温度符合Arrhenius方程。在苯酚初始浓度5.0～15.0 g•L^-1范围内,K_ov为定值。活性皮层厚度为4、6、8 μm的膜扩散传质系数分别为15.0×10^-7、9.9×10^-7及7.5×10^-7m•s^-1（323.2 K）,较均质膜提高了2～4倍。苯酚在复合膜中的传质仍属膜阻控制的传质。     

电场强化乙醚自然对流和池沸腾换热

外加电场强化传热是将电场及其理论引入传热学领域,利用电场力与流场和温度场的相互作用而达到强化传热的一种有效方法．     

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。     

Entransy dissipation analysis of interfacial convection enhancing gas–liquid mass transfer process based on field synergy principle

An exploration of the gas CO2 absorbed into liquid ethanol accompanied with Rayleigh convection is performed by analyzing the mass entransy dissipation; this new statistical quantity is introduced to describe the irreversibility of mass transfer potential capacity. Based on the general advection–diffusion differential equation for an unsteady mass transfer process, the variation of the included angle between the velocity vector and concentration gradient fields is investigated to reveal the underlying mechanism of interfacial convection enhancing mass transfer. Results show some identical characteristics with the qualitative analyses of the synergy effects generated by the concentration and velocity fields after interfacial convection occurring for a boundary condition of fixed surface concentration. And the equivalent mass resistance for convective mass transfer process presents the similar variation with the reciprocal of instantaneous mass transfer coefficient. Accordingly, it is reasonable to be seen that mass transfer dissipation rate could be provided to assess the convection strength and explain fundamentally how Rayleigh convection improves mass transfer performance through establishing a close relationship between the mass transfer capacity and field synergy principle from the view of mass transfer theory.     

A highly elevated mass transfer rate process for three-phase,liquid-continuous fluidized beds

Average gas holdup and gas-to-liquid mass transfer in three-phase fluidized beds with non-Newtonian fluids were studied. The effects of liquid property, gas distributor type and magnetic field intensity on mass transfer coefficient and overall gas holdup were examined. The volumetric gas-to-liquid mass transfer coefficient was determined by fitting the oxygen concentration profile data across the bed to the axial dispersion model. The average gas holdup and mass transfer coefficient were all correlated with operating parameters including gas velocity and effective viscosity.Experimental results showed that a three-fold increase in mass transfer coefficient and a two-fold increase in average gas holdup were observed with properly designed liquid property and gas distributor. A modified process was developed to highly elevate the volumetric gas-to-liquid mass transfer rate. The bubble coalescing property of three-phase fluidized beds with small particles is eliminated, and its application to biotechnology and enzyme-catalyzed processes with high gas-to-liquid mass transfer rate could be achieved.     

Oxygen transfer to cassava starch solutions in an aerated,well-mixed bioreactor: Experimental and mass transfer studies

Experimental and mass transfer studies of oxygen transfer to cassava starch solution in an aerated, well-mixed bioreactor of 2 L have been carried out. The volumetric mass transfer coefficient was estimated and parametric studies were performed to study the effect of process variables of stirring rate, aeration rate, concentration of starch and temperature on the volumetric mass transfer coefficient. From the experimental results, it is evident that the first two and the last variables are directly proportional to the volumetric mass transfer coefficient. However, the volumetric mass transfer coefficient is inversely proportional to the concentration of the starch. Also, the saturation dissolved oxygen concentration is greatly affected by temperature and starch solution concentration. Whereas, stirring and aeration rates have neutral impacts on saturation dissolved oxygen concentration. Simulated data generated from obtained volumetric mass transfer coefficient agrees well with the experimental data, which indicates the accuracy of the coefficient.     

离子强度和溶质浓度对蛋白质在Q Sepharose FF中吸附动力学的影响

采用孔扩散模型, 模拟不同盐浓度和不同蛋白质初始浓度条件下,吸附牛血清白蛋白(BSA)的动态吸附曲线并获得孔扩散系数;考察了离子强度和溶质浓度对蛋白质在阴离子交换剂Q Sepharose FF中吸附动力学的影响.结果表明,蛋白质的孔扩散系数随初始浓度的增大而下降;在氯化钠浓度小于0.10 mol•L^-1的范围内,蛋白质的孔扩散系数随着盐浓度的增加而增大,但当盐浓度增大到0.15 mol•L^-1时又有所降低,表明存在着一个最佳的离子强度,使蛋白质的孔扩散系数最大.     

加压条件下卧式搅拌釜的气液传质特性

本文选用O_2-KCl水溶液体系,采用动态物理吸收法对卧式搅拌釜加压条件下的气液传质容易系数进行了测定.釜液中的氧浓度变化由氧电极跟踪测定.通过改变气相压力、搅拌转速和液含率,分别考察了这些因素对卧式搅拌釜气液传质特性的影响.结果表明,高压下的液相传质容量系数有所提高.与常压相比,在液含率为0.5、桨径比为0.8、采用六叶平直透平桨叶搅拌的条件下,若压力升到36atm(1atm=101.325kPa),k_La将增加20%左右.     

电场作用下甲醇结构和扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了外电场作用对甲醇的微观结构和动力学性质的影响.模拟得到了外电场作用下甲醇分子微观构型的物理图像,发现外电场的作用使甲醇分子的偶极向量沿电场作用方向有序排列.随着电场强度的增加,形成两氢键的甲醇分子的摩尔分数和氢键平均数目增加,O—H…O呈线形分布的概率增加,氢键的平均寿命延长,外电场增强了甲醇分子间的氢键作用.随着电场强度的增加,分子的平动自扩散系数降低.外电场作用的附加力阻碍了分子平动运动,分子的平动运动表现为各向异性.     

鼓泡反应器中幂律型流体流动与传质特性

很多废水处理装置涉及非牛顿型流体中的多相流动和传质问题,研究其中的气液传质过程有助于实现装置的优化设计和高效节能运行。以鼓泡反应器内清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液为实验对象,分别研究气相表观气速和液相流变特性对气泡尺寸分布、全局气含率和体积氧传质系数的影响。实验结果表明,液相的流变特性对其传质特性参数均有较大影响。与清水相比,CMC水溶液中气泡平均直径和分布范围更大;清水和CMC水溶液的全局气含率均随表观气速的增加而增大;CMC水溶液的体积氧传质系数随CMC水溶液质量分数的增加而减小。基于实验研究,得出修正的体积氧传质系数公式和适用于幂律型非牛顿流体流动体系氧传递过程的无量纲关联式,可很好地实现非牛顿流体流动的废水处理装置中气液传质参数的计算。