第三相的加入对气液传质过程的影响

系统地介绍了气液传质过程中,固体小颗粒或第二分散液相(有机相)所形成的第三相的加入对传质过程的影响.分别论述了在不同的气-液接触器(搅拌釜、鼓泡塔)中,固体小颗粒和第二分散液相的加入对体系的传质系数、传质速率及界面面积等的影响,叙述并讨论了传质机理及模型的最新进展.     

第二液相的加入对气液传质系数的影响

以搅拌罐中的水吸收CO2为研究体系,分别采用异戊醇、苯和正己烷为第2液相,通过实验考察了第2液相的加入对气液传质的影响.实验结果表明:第2液相的加入对气液体积传质系数KLa有很大的影响,且不同的第2液相的影响程度也不同.在一定的操作条件下,KLa均随搅拌速度和第2液相体积分数的增加呈先增大后减小的趋势,随表观气速(在一...     

微通道气液两相流研究进展

介绍了国内外微化工发展背景及发展现状,微通道内气液两相流流动气泡特性和传质特性。微通道中(横向及竖向微通道)气液两相流流型划分主要有泡状流、弹状流、环状流、搅拌流等。气泡形成过程中流体挤压力对气泡表面进行破坏致使分离,表面张力则在整个过程中维持着气泡形状及长度。着重介绍了微通道内气泡形成过程及经验长度计算,比较了不同研究者提出的经验公式中气液相表观速度比和气泡长度的关系,得出气泡长度均随气液相表观速度比的增加而增加,但依据研究者实验条件不同增加趋势也不尽相同。传质方面,研究基本集中在气液相比表面积较大的泡状流、环状流上,而气液表观速度、当量直径、压强等都会影响传质系数。微通道气液两相流虽然在传热、传质方面有很大的应用前景,但仍存在研究手段单一、理论数据不完善等问题,指出在未来的研究中研究者们要扩大领域范围,为传质传热的实际应用提供更可靠的理论依据。     

第三组分强化气液传质的研究进展

综述了加入第三组分强化气液传质过程的研究,分别介绍了表面活性剂、固体微粒以及第二液相作为第三组分加入对气液传质过程的增强研究,叙述并讨论了强化传质机理研究的最新进展。     

ILAR中醇及电解质对非牛顿流体中气-液传质的影响

在-气升式内环流反应器中试验考察了非牛顿流体羧甲基纤维素钠(CMC)中的气泡聚并现象以及表面活性物质对液相体积传质系数的影响。结果表明,非牛顿流体中气-液传质效率随黏度的增加而降低,其原因是黏度增加使Taylor泡的尾流趋于稳定,降低了液相扰动,气泡间易聚并,从而气-液传质效率低。向非牛顿流体中添加醇类物质会影响气-液传质行为,对于聚合物含量低的流体,添加微量醇可以促进气-液传质,聚合物含量高的非牛顿流体,微量醇的加入反而不利于气-液间传质过程。非牛顿流体在ILAR上升管中的气含率随着黏度的增加变化不大,而下降管中的气含率有所提高。     

第二液相强化气体吸收传质

在油水体系下,讨论了油分率、搅拌转速、分配系数等相关参数对气液传质过程强化的影响,通过在非稳态的条件下,计算出总体积传质系数(k_Lα)和分配系数(m_(sw)).结果表明,分配系数对增强因子有着显著的影响;总体积传质系数随着分散第二液相的加入而显著的增加,当油分率为3%时,体积传质系数最大;分散相对传质系数的影响,主要取决于搅拌转速,当转速为650～700 r/min时,体积传质系数最大.     

有机分散相强化气体吸收的研究

分析了有机分散相强化气体吸收机理,阐述了分散相强化气液传质的意义.以水吸收二氧化碳为研究体系,实验考察了加入辛醇、辛烷对吸收过程影响,运用因次分析法分析有机分散相分散程度对吸收效果的影响,进而确定强化气体吸收的最小搅拌速度,并用插值函数微商法确定体积传质系数KLa.研究结果表明:有机分散相的加入能够显著提高气体吸收速率;适宜的搅拌速度有利于液液体系分散,促进传质;降低界面张力和增加气含率也有利于传质.     

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.     

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

采用CLSVOF（coupled level set and volume of fluid）方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。     

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。     

气液降膜流动中液相速度波动及其传质研究

为了研究降膜流动的动力学性质及其对气液传质过程的影响,在气液逆流的不同气液流动条件下采用激光多普勒(1aser Doppler anemometer,简称LDA)测量了降膜流动的液相速度分布和瞬时速度波动.和以往假定液膜外侧为自由表面,液膜表面处剪切力为零的Nusselt模型进行了比较,LDA测量结果表明气液逆流时降膜流动的最大液相速度出现在液膜表面之内,并且是以近界面区域的速度波动为特征的流动.在相同的降膜装置中进行了乙醇稀溶液的解吸实验,液相传质系数的实验测量值是渗透理论预测值的1～2倍.实验结果表明液相界面区域的速度波动加快了气液界面的表面更新速率,减小了传质阻力,强化了气液界面的传质过程.考虑液膜波动特征对气液接触情况的影响,从气液两相接触时间的角度出发,修正了渗透理论对液相平均传质系数的预测,预测结果和实验结果相吻合.     

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...     

基于传质强化的微气泡塔盘流动特性实验的研究

筛板塔塔内件的作用主要是增大气液比表面积,改变气液接触形式,以提高塔内传质、传热。研究者提出了新型微气泡塔盘,通过在筛板上方的泡沫层内增加破泡组件,利用破泡组件使大气泡破裂为小气泡,增加气液接触面积,提高气液传质、传热效果。利用自行设计的筛板塔和微气泡塔盘实验平台及PIV测速系统,测定了塔板上气泡的直径分布和上升速度。实验结果显示:与普通筛板相比较,微气泡塔盘上气泡的上升速度较小,气泡停留时间更长,且径向分布更平坦;气泡直径也仅为筛板的1/16,气液接触的比表面积增大,更利于传质过程的进行。     

第二液相对气液二相体系传质的影响

以CO2气体-K2CO3/KHCO3水溶液吸收过程为研究体系,用酸解法测量气体被吸收的速率,通过对比试验考察了加入第2液相(有机相)对体系传质速率的影响。经过试验研究证明,第2液相的加入对气液传质过程的影响程度与加入的物质有关,在试验条件下甲苯对体系强化作用高于异辛醇和庚烷对体系的强化作用。当第2液相加入量较小时,随加入量的增加,其对气液传质过程的促进作用增强,但当第2液相加入量较大时,这种作用则不明显。同时第2液相对传质作用的影响与流动场有关,增加流动场的搅动有助于强化气液传质作用。     

装配水平筛板的气升式反应器中气液传质特性的数值模拟

利用Turbulent–Lehr组合模型对装配水平筛板的气升式反应器进行了计算流体力学(CFD)模拟,研究水平筛板对气含率、气泡直径、体积传质系数(kLa)和气液流速的影响。结果表明,筛板对气相的囤积作用和对液相的阻碍作用增加了反应器的整体气含率。筛板对气相的二次均布作用减弱了筛板和液面之间区域的气泡聚并过程,筛板筛孔对气泡的破碎作用产生了大量小于初始直径的气泡,增加了气泡比表面积(a);筛板对液相的阻碍作用提高了筛板附近的气–液相流动速度差,从而提高了该区域的液膜传质系数(kL),强化了反应器内的气液传质效果。     

气-液-液萃取的流体力学研究

在液-液萃取过程中,提高分散相的表面更新速率可有效提高萃取的传质效率。研究发现,在萃取过程中使用气体搅拌可以增加液液之间的接触面积,促进液相内的湍动和循环。本文研究了气-液-液三相下油滴的流动形态,并对不同填料的流体力学性能进行了测定。实验结果表明,气相速度的增加可导致气含率、液含率的增加,从而提高分散相在填料萃取塔中的停留时间,在一定的速度范围内明显降低萃取的表观传质单元高度,极大地强化传质效果。通过与散装填料对比,发现规整填料更利于强化萃取效果,其液泛速度平均增加25%。     

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。     

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。     

水溶液中甲苯分散相增强难溶气体吸收

利用难溶气体的物理吸收过程,在具有恒定气液界面面积的吸收装置中研究了常压和室温条件下分散液相(甲苯)对气液传质的增强作用。通过测定气相(丙烷和氢气)压力随时间的变化,计算出液侧传质系数和传质增强因子。试验发现,当传质组分在分散液相与连续液相内的分配系数较大,或在两相间的相对扩散系数较大,且分散相形成的液滴较小时,加入分散液相可显著增强气液传质;增强因子随分散液相含率的增大而增大,但增大幅度逐渐减小;当气体在纯水中的传质系数增大时,同等条件下分散相对气液传质的增强作用减小。     

曝气膜生物反应器的CFD模拟

利用Fluent软件对曝气膜生物反应器中气液两相流动进行模拟计算,探讨了进气气泡的直径、进气速度及膜纤维束的长度等因素对膜生物反应器内液体流动、气体分布的影响.结果表明,减小气泡的直径并适当增大进气速度、膜纤维束长度可以有效提高膜生物反应器内气体的分布和液体与气体的接触,从而促进气液两相进行高效的传质.