超重力旋转填充床氧解吸过程的数值模拟

基于旋转填充床流体流动的可视化结果,建立了超重力旋转填充床气液传质过程的数学模型,模拟氮气解吸水中溶解氧的传质过程。模拟结果表明,缩短液相停留时间、提高液相扩散系数都能增大液相传质分系数kL;总体积传质系数KLa随超重力因子的增加而增大、随温度的上升而增大、随气相流率的增加略有下降、随液相流率的增加明显增大;空腔区传质贡献率随空腔区的增大而增大,随超重力因子的增大而减小;且短暂的停留时间是超重力旋转填充床对传质过程强化的本质原因。模型较好地符合文献的实验数据,误差在±16%以内。     

新型旋转填料床的气相传质特性

以CO2-NaOH体系化学吸收测定不同超重力因子、液量和气液比(体积流量比)条件下的有效传质比表面积a,在相同操作条件下,以氨-空气-水体系进行空气吹脱含氨富液测定不同超重力因子、液量和气液比条件下的气相体积传质系数kya,从而得到气相传质系数ky,对其气相传质特性进行了研究. 结果表明,a随超重力因子、液量和气液比增大而增大,kya和ky均随超重力因子和气液比增大而增大,随液量增大而减小. 通过对比可知,在相近操作条件下新型旋转填料床的气相体积传质系数比文献折流旋转填料床的提高36%. 对实验数据进行回归,拟合出a, kya和ky分别与气相雷诺数ReG、液相韦伯数WeL和伽利略数Ga之间的关联式.     

多级雾化旋转填料床的传质性能

以两级雾化超重力旋转床为例,用化学吸收法考察了超重力因子β、液体流量、气体流量等对体积传质系数kyα的影响。结果表明:多级雾化超重力旋转床的体积传质系数随气液流量的增加而增加,在β较小时,实验曲线的斜率较大,kyα随β的增加急剧增加;但是当β超过100后,曲线的斜率减小,kyα随β的增加缓慢增大。     

旋转填料床吸收NO_x缓冲氧化-强化吸收模型

从平推流缓冲-氧化NO和旋转填料床强化吸收NOx的特性出发,建立了涉及平推流反应器中NO气相氧化和旋转填料床强化吸收NOx的物料衡算、气液传质、界面相平衡和液相反应等方程的数学模型,并应用表面更新理论求解了传质系数。结果表明:在NOx较高浓度条件下,短时间达到较高氧化度,在NOx较低浓度条件下,氧化度很快达到50%,但需要较长停留时间才能达到90%氧化度。超重力因子小于90时,NOx吸收率随超重力因子增加而增加,当超重力因子高于90时,吸收率随超重力因子增加而变化不大。模型的数据关联结果良好。     

新型填料结构旋转床传质特性

以CO2-NaOH溶液为工作介质,研究了填料特性、超重力因子、气体流量和液体流量等对不同填料结构旋转床传质特性的影响.结果表明:体积传质系数随液体流量、超重力因子和气体流量的增加而增大;对比六种填料结构的综合性能,不锈钢多孔波纹板和塑料多孔板填料结构较优;在相近的操作条件下,不锈钢多孔波纹板的体积传质系数比文献丝网错流旋转床高0.95～2.10倍、与逆流旋转床相当,比传统气液传质设备高1～2个数量级.对实验数据进行回归分析得出了体积传质系数的关联式,其平均误差小于10%.     

旋转填料床中2种填料压降和传质特性的对比

分别以空气-水和磷酸钠溶液吸收模拟烟气中SO2为实验体系,对装填有θ环和波纹丝网填料的逆流旋转填料床压降和传质特性进行了对比研究,结果表明:在实验操作范围内,逆流旋转填料床的湿床压降随气量、超重力因子的增大而增大,受液量的影响很小;2种填料的湿床压降相差不大,且均低于750 Pa。2种填料的Kya均随喷淋密度、空床气速和超重力因子的增加而增大,当U=6 m3/(m2·h),u=0.73 m/s,β=85及更高的操作范围时,θ环填料的Kya比波纹丝填料高25%以上,说明θ环填料的传质性能明显优于波纹丝填料;最后得到装填θ环和波纹丝填料的旋转床湿床压降和体积传质系数的经验关联式。文中的研究结果对旋转填料床的设计和选型有重要意义。     

错流旋转填料床传质特性影响因素的实验研究

采用CO2-NaOH体系,在中试规模的实验装置上进行传质实验,考察了气速、液体喷淋密度、超重力因子、气液接触时间对错流旋转填料床的总体积传质系数KLa及有效传质比表面积ae的影响. 结果表明,KLa和ae均随气速、液体喷淋密度和超重力因子增加而增大,KLa随气液接触时间增加先缓慢增大后急剧下降,ae则随气液接触时间增加而缓慢下降. 最佳操作条件为：气速1.69 m/s,液体喷淋密度32 m3/(m2×h),超重力因子104,气液接触时间0.1 s. 错流旋转填料床在处理大气量气体时传质效果增强,是同类文献错报道的1.52~2.32倍. 对各操作参数下所得实验数据进行回归,得关联式KLa=1.8221(atDL/dp)ReL0.6371GrL0.0548ScL0.0623和ae/at=2980.9ReL0.2349FrL-0.045WeL0.5023f-0.5.     

用ASPENPLUS软件模拟旋转填料床精馏操作的探讨

运用大型化工流程软件ASPENPLUS对以乙醇-水为体系的旋转填料床精馏工艺进行了模拟,介绍了模拟过程中物流、单元操作模块的选取和灵敏度分析、设计规定的计算方法。模拟结果表明,在低转速区旋转填料床的理论塔板数随气相动能因子F和超重力因子β的增大而增大,传质单元高度为0．9-1．2cm;并建立了传质模型,建立的模型对优化设计具有一定的指导意义。     

新型旋转填料床强化气膜控制传质过程

转子结构为相互嵌套填料环的新型旋转填料床是基于强化气膜控制传质过程的新型高效传质设备,可适用于受气膜控制的吸收、精馏和低浓度工业气体的净化等过程。分别以化学吸收体系CO2-NaOH和物理吸收体系NH3-H2O测定了不同气量、液气比和超重力因子条件下的有效比表面积a和气相体积传质系数kya,并由此得到气相传质系数ky,对其传质性能进行研究。实验结果表明：a、kya和ky均随着气量、液气比和超重力因子的增大而增大。通过对比可知,新型旋转填料床的气相体积传质系数在相近操作条件下是文献逆流旋转填料床的2倍。并对实验数据进行了回归,拟合出了a、kya和ky分别与气相雷诺数ReG、液相韦伯数WeL和伽利略数Ga之间的关联式。     

泡沫金属填料旋转床用于胺法脱碳

为有效实现CO2的分离富集,在泡沫金属填料的超重力旋转床中,采用醇胺溶液吸收大气中的CO2。考察了不同种类醇胺溶液的CO2吸收特性和传质行为。研究结果表明,醇胺溶液种类对超重力旋转床的CO2吸收性能有很大影响,其中乙醇胺溶液的吸收效果最好;提高转速或吸收液浓度,体积传质系数随之明显增大;体积传质系数随液体流量的增加呈增大趋势,但增幅逐渐减小,随温度的升高呈先增加后减小的趋势。     

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。     

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。     

微通道内MEA/MDEA混合溶液吸收CO2的传质特性

研究了T形微通道内N-甲基二乙醇胺（MDEA）和单乙醇胺（MEA）混合水溶液吸收CO₂的传质过程。考察了弹状流型下气液两相流量、MEA和MDEA浓度对液侧传质系数k_L和体积传质系数k_La的影响。液侧传质系数和体积传质系数均会随着MEA浓度的升高而升高。与MEA相比,MDEA浓度的提高对传质影响较小。传质系数会随着液体流量的增大而增大,但气体流量的变化对其影响较小。体积传质系数随液体流量的增大而增大,但随气体流量的增大先增大,之后趋于稳定。考虑到化学反应对传质的强化作用,引入了Hatta数,提出了一个新的体积传质系数预测式,预测效果良好。     

气体喷射-气液旋流式冷氢箱的传质特性

开发了一种具有多重旋流结构的气体喷射-气液旋流式冷氢箱,并通过大型冷模实验对其进行传质性能测试。在气体喷射速度10～80 m·s^-1和液体进口速度0.2～0.7 m·s^-1条件下,采用氧吸收法测量了液相体积传质系数k_La,采用空气-Na₂SO₃溶液化学吸收法测量了相界接触面积a。结果表明:k_La和a均随气体喷射速度和液体进口速度增大而增大,其中受气体速度变化影响更为明显;由测定的传质参数数值可知新型冷氢箱传质效果较传统冷氢箱大幅提高,与机械输入设备处于相同量级,具有优异的气液混合性能。还采用量纲分析法对数据进行了归纳拟合,得到传质参数与气相Reynolds数、液相Weber数之间的关联式,可以较好地关联预测冷氢箱的传质性能。     

MASS TRANSFER AND PHASE HOLDUP CHARACTERISTICS IN THREE-PHASE FLUIDIZED BEDS

The effects of liquid surface tension (42.6 ∼ 72,4 mN/m) and viscosity (1 ∼214mPa • sⁿ), liquid (0.01 ∼0.12m/s) and gas (0.01 ∼0.20m/s) velocities and particle sizes (1 — 8 mm) on phase holdup and mass transfer coefficient ( k_La) have been determined in a 0.142 m-I.D. × 2.0 m-high Plexiglas column. The gas phase holdup increases with liquid velocity, and the rate of increase in gas phase holdup sharply increases with gas velocity in the bed of surfactant solutions. In the beds of 1.0 and 1.7 mm glass beads, the bed contraction occurs whereas in the beds of 2.3 mm glass beads the bed contraction does not occur with an aqueous soltuion of ethanol (σ = 50.4 mN/m). The value of k_La increases with decreasing surface tension (σ ) but it decreases exponentially with increasing liquid viscosity in continuous bubble columns and three-phase fluidized beds. In three-phase fluidized beds with surfactant solutions, k_La increases with gas and liquid velocities and particle size. In three-phase fluidized beds of viscous or surfactant soltuions, k_L,a can be estimated in terms of the energy dissipation rate based on the isotropic turbulence theory and a flow regime map is proposed based on the drift flux theory.     

微通道中气-液-液三相流流型及传质研究

使用双T型微通道,以体积分数为30%的磷酸三丁酯（TBP）的环己烷溶液-乙酸水溶液为萃取体系,研究了不同油水两相流量比及油水两相总流量条件下,气相的引入及气相流量分率α对流型及传质的影响,并获得总体积传质系数k_La与油水两相流量比q、气相雷诺数Re_g、液相平均雷诺数Re_M的关系式。研究结果表明,第1个T型接口处气相的引入所带来的气相剪切作用能促进第2个T型接口处分散相液滴的形成,可使液-液并行流转化为气-液-液三相弹状流;同时,由于气-液-液弹状流具有较高的相接触面积及内循环作用,传质系数k_La得到显著提高。     

射流曝气耦合超声强化臭氧传质及应用

利用臭氧射流曝气耦合超声,探讨了操作因素对溶解O3含量与传质系数的影响,并利用超声、臭氧射流曝气、臭氧射流曝气耦合超声降解对氯苯甲酸废水。结果表明,臭氧投加量32.38 mg/L,液相、臭氧进气体积流量分别为122、50 L/h时,单独射流曝气的臭氧表观传质系数(K_La)为0.645 min^-1;引入超声后,K_La可达1.289 min^-1,表明射流曝气耦合超声可明显增强臭氧的传质效果,K_La增大了约2倍。射流曝气与超声的协同降解对氯苯甲酸废水的协同因素E可达1.546,两者具有良好的协同协应。射流曝气耦合超声是增强臭氧传质的有效方法,可为后续水处理技术提供技术支撑。     

Taylor流下微细颗粒增强CO2:吸收研究（英文）

The physical absorption of CO2 in water containing different types of particles was studied in a microchannel operated under Taylor flow.The maximum enhancement factors of 1.43 2.15 were measured for activated carbon (AcC) particles.The analysis shows that the enhancement effect can be attributed to the shuttle mechanism.Considering the separate contributions of mass transfer from bubble cap and liquid film,a heterogeneous enhancement model is developed.According to this model,the enhancement factors E Cap,E Film and E Ov are mainly determined by mass transfer coefficient KL (KL,Cap and KL,Film),adsorptive capacity of particles m,and coverage fraction of particles at gas-liquid interface ζ.With both effects of particle-to-interface adhesion and apparent viscosity included,the model predicts the enhancement effect of AcC particles reasonably well.     

壁面润湿性对微通道内二氧化碳-水两相流流动及传质性能的影响

在1 mm×1 mm矩形截面下微通道内,以二氧化碳-水为工作流体,研究壁面润湿性和气液表观流速对气-液两相流型和气液传质的影响,并研究了气、液表观流速对弹状流流体力学性质的影响。在亲水微通道中观测到了泡状流、泡状-弹状流、弹状流;在疏水微通道中观测到了非对称弹状流、拉长的非对称弹状流、分层流。实验表明亲水微通道中弹状流区域下气泡长度大体上随气相表观流速的增大而增大,随液相表观流速的增大而减小;液弹长度大体上随气相表观流速的增大而减小,随液相表观流速的增大先增大后减小;液侧体积传质系数k_La均随气、液相表观流速的增大而增大,随通道壁面润湿性的增强而增大。