激光诱导荧光技术在液体混合可视化研究中的应用

在研究混合过程的多种实验方法中,定量的可视化测量技术不仅可同时显示流场中各位置混合效果的差异,还可直观地反映混合过程随时间的变化规律。其中,激光诱导荧光技术具有测量精度高、无干扰流场、实现方式简单等优势,是用于检测化工过程流动-混合行为的先进测试技术。对该技术的测试原理、实现方式进行了详细的介绍,探讨该技术在可视化液体混合过程以及反应流混合过程的研究进展。     

气液反应与传质综合型教学实验技术开发

本文根据新时期创新型人才培养的需要,在本校已开出的教学实验及科研工作的基础上,开发出以Na2SO3水溶液吸收氧的气液反应与传质学的研究型与综合型教学实验。整个实验较好地反映了化学反应工程、化工传递过程及分离工程这三门化学工程专业核心专业课的有关重要理论与原理,可对多数同学开出一级与二级气液反应动力学常数的测定的实验,对能力较强、兴趣浓厚的同学可继续进行填料塔等气液传质设备的液相传质系数与相际接触界面积测定的研究型与综合型实验,对学生的综合思维与科学研究能力的培养颇有益处。在本实验装置上,还可进行新型的气液传质设备与新型填料性能的测试与研究。     

气液传质及反应装置研究进展

在介绍了自常规塔设备到超重力设备，再到一种新型气液传质及反应设备——涡旋脉冲式反应器的发展过程的同时，重点介绍了涡旋脉冲式反应器的基本结构、技术特点及研究进展，指出了涡旋脉冲式反应器在气液传质过程及纳米粉体制备上的研究及应用前景。     

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     

平面激光诱导荧光技术用于快速液-液混合过程温度场测量

利用平面激光诱导荧光技术(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)研究了毫米尺度流道内,两股不同温度液膜的错流混合过程. 根据激光诱导作用下荧光强度的温度依赖特性,可视化地揭示了液-液错流混合区的二维温度场分布. 采用温度离析度(Intensity of Segregation,IOS)的概念定量描述了液-液混合的发展过程,分析了不同射流动量比对混合过程的影响. 计算了该过程混合区水的总传热系数,与纯湍流作用的总传热系数比较发现,两液膜撞击射流对传热有强化作用,射流动量比是影响其总传热系数的重要因素.     

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。     

表面活性剂对气液传质的影响

引言在气液相际传质的研究中,有许多有关表面活性剂能降低传质膜系数的报道．Davies在其《湍动现象》一书中做了较为详细的讨论,Davies认为,少量的表面活性剂使界面产生一层附加的薄膜,这层薄膜产生的应力将阻碍表面运动．实际上,气液相际传质通常总是伴有或强或弱的界面湍动,表面活性剂不仅改变界面湍动状况,而且对近界面浓度也有较大的影响．本文利用显微激光全息干涉技术对比进行了研究．1实验1.1装置液体折射率与密度有关,只要测出物场中的折射率变化,就可得到其浓度场的信息．利用激光全息干涉技术不仅可以测定浓度场的变化…     

第三组分对气液传质影响的研究

The influence of the third component on gas-liquid mass transfer was studied by use of laser holographic interferometry. Four surfactants were added respectively and experimental results show that the mlcroamount of surfactants can change obviously the concentration near the interface on bubble mass transfer process, which indicated that the third component has a significant effect on the bubble mass transfer process.     

面激光诱导荧光技术用于快速液液微观混合研究

建立了面激光诱导荧光技术研究液液微观混合过程的实验方法,在无干扰流场条件下,研究了毫米尺度流道内、错流接触的两股液膜的时空混合行为,以可视化的手段揭示了液液微观混合过程的二维瞬态浓度场,发现了液膜快速错流接触后形成的有序波形涡结构,涡的尺度大小为1～2 mm,涡的发展过程是影响两股流体混合的主要因素.同时建立了混合过程的定量表征方法,用混合液膜中组分的离析度（intensity of segregation, IOS）定量描述了混合过程所达到的程度,获得了不同液膜流速下液液混合过程IOS值随着液体流动方向的变化趋势图,并分析了两股液膜之间的速率比以及混合液膜的Reynolds数对混合过程的影响.     

气液界面传质机理

提出了气液相际传质的推动力来源于界面不平衡的概念.针对气体吸收过程, 以普遍化的化学势推动力方程为基础, 导出了在有传质通量存在下的两相界面处的浓度关系,并针对不同情况进行了求解.提出了一个反映液相侧动力学状况的量纲1数Yo ,Yo越大界面处两相越偏离平衡.界面浓度是与Yo和液相主体浓度密切相关的.为验证本文模型, 作者采用显微激光全息干涉技术对甲醇、乙醇、正丙醇静止吸收CO₂时的界面浓度进行了测定, 实验结果表明了本文模型的正确性.     

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。     

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。     

卧式搅拌釜气液传质性能研究

在 50L卧式搅拌釜内,采用氧电极法测量纯水 O2 体系的液侧容积传质系数kLa, 研究搅拌弗鲁德数Fr、桨叶尺寸和液含量等对kLa的影响。随着Fr提高,kLa增大;桨径、桨宽、叶片数和层间距与kLa有关系,而层间夹角对kLa影响不大;随液含量的增加kLa先缓慢升高而后降低,且峰形和峰值随Fr的增大而发生变化。研究结果可供四氟乙烯等聚合釜搅拌桨设计优化和工程放大参考。     

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。     

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...     

气液传质液滴界面的Marangoni对流

通过氮气吹扫双组分液滴,用激光投影法定性观察由于轻组分向气相扩散导致的Marangoni对流结构,结果表明Marangoni对流以小尺度涡流结构和大尺度对称循环流动的形式出现,其中乙醇-水体系首先出现小尺度涡流结构,涡流不断长大合并;丙酮-水体系则以大尺度对称循环对流结构为主,随后在近界面处形成小尺度涡流结构。采用氮气吹扫乙醇-水及丙酮-水静止悬垂单液滴的方法,通过比较实验测量传质系数与理论预测值,表明液滴近界面处Marangoni对流小尺度涡结构对传质促进作用较小,而液滴内大尺度循环对流结构对传质促进作用大。     

浆料反应增强气液传质

针对液膜区存在复杂反应的浆料吸收体系,通过气体吸收对分散相颗粒溶解增强作用的研究,建立了反应浆料增强气体吸收的三区域模型.采用搅拌槽间歇吸收实验测定了不同搅拌强度和Mg(OH)₂浆料固含率时SO₂吸收速率增强.研究发现,颗粒粒径、浆料浓度、“惰性区”厚度以及待吸收气体分压等参数是影响吸收增强作用的主要参数.考虑气液近界面“惰性区”和浆料表观黏度影响后的三区域模型结果与实验结果具有良好的一致性.     

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。     

物理场强化气液传质的研究进展

分别简述了磁场、电场、电磁场、超声场和超重力场5种物理场的作用机理,综述了这些物理场在强化蒸发、精馏和气体吸收等气液传质过程中的研究进展,同时概述了物理场强化气液传质的热力学研究进展。分析表明,物理场强化气液传质在化工、环保和节能减排等领域具有广泛的应用前景,但目前的研究大多还处于实验阶段,其机理和各种因素对强化效果影响的研究还不够深入和完善。指出今后研究热点主要包括：继续探索物理场强化传质的作用机理,拓展其应用领域,并对过程中的瓶颈问题进行技术攻关;通过实验和热力学研究两种方法对不同种类物理场强化传质效果进行比较,以确定各种物理场的适用体系。