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。     

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。     

微泡吸收技术处理丙酮废气

微泡吸收技术是将有机废气在吸收剂中分散为尺寸微米量级的微气泡, 利用微气泡气液接触面积大、传质迅速等优点实现有机废气吸收处理的方法。本文以水为吸收剂, 采用孔径3～4μm 的多孔微孔板形成废气微气泡, 利用微泡吸收技术从空气-丙酮废气中吸收丙酮。利用高速摄影方法对不同条件下微气泡的直径分布进行了实验研究, 并对丙酮的吸收效果进行了实验测定。结果表明, 随着表观气速的增加微气泡的平均直径降低而数量增加;随着水中丙酮浓度的提高, 微气泡平均直径逐渐降低, 数量增加。当丙酮体积分数在1%～3%范围、表观气速为10.2m/s时, 采用孔径3～4μm的多孔微孔板能产生直径为300～700μm微气泡。表观气速和废气中丙酮的质量浓度的变化影响丙酮的吸收率;一定表观气速下, 吸收率随废气中丙酮质量浓度的增大而增大, 空气-丙酮混合气体中丙酮质量浓度为1.56×10^-3kg/m³和表观气速为10.2m/s时, 吸收率达77.16%。     

微通道内二乙醇胺/乙醇溶液吸收CO2的传质性能

利用高速摄像仪实验研究了微通道内二乙醇胺（DEA）/乙醇溶液吸收CO₂的传质过程。采用图像法得到微通道内气泡的体积变化,根据微通道进出口压力,计算得到了气液两相从开始接触到平衡时的平均传质系数k。分别考察了气液相流量和DEA浓度对传质系数的影响。结果表明：传质系数随着液相流量和溶液中DEA浓度增大而增大。对于给定的液相流量和DEA浓度,k随着气相流量增大而增大并逐渐趋于一个恒定值。提出了一个传质系数预测式,预测值和实验结果吻合良好。     

水力喷射-空气旋流器用于湿法烟气脱硫及其传质机理

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,以Ca(OH)₂料浆为吸收剂进行了模拟烟气湿法脱硫的实验研究。结果表明:脱硫率随进口气速增加而增加;随液体喷射速度增加先增加,增加到一定程度后几乎不变;随烟气中SO₂的进口浓度增加而减小,存在一适宜的Ca(OH)₂浓度和回流比。在气体流量24～72 m³·h^-1、循环液体量0.4～0.8 m³·h^-1、料浆中Ca(OH)₂浓度7500 g·m^-3时,对SO₂浓度为1891～6373 mg·m^-3的烟气进行湿法脱硫,脱硫率达88.9%～97.7%,且WSA的旋流气体和喷射液体在湿法脱硫中具有自清洁能力,未发现内部结垢和喷孔堵塞现象。总体积传质系数K_Ga、有效相界面积a均随进口气速u_G增大而增大,而总传质系数K_G随u_G增加变化较小;当液体喷射速度 u_L≤0.26 m·s^-1时,K_Ga和K_G随u_L增加快速增大,之后增加缓慢,而a随u_L几乎线性增加,K_Ga和K_G随吸收剂中Ca(OH)₂浓度c_L增加有一最大值。结合实验数据拟合得到了相关的经验公式,这些关联式能较好地预测WSA的湿法脱硫传质性能。气体旋流场强度对总体积传质系数K_Ga和有效相界面积a起支配作用,脱硫传质过程同时受气膜和液膜阻力控制,但以液膜控制为主。     

微通道内单乙醇胺水溶液吸收CO2/N2混合气的传质特性

采用高速摄像仪对400 μm×400 μm T形微通道内单乙醇胺（MEA）水溶液吸收混合气中CO₂过程的气液两相流及传质特性进行了实验研究,微通道内的压力降采用压力传感器进行测量。考察了弹状流型下气液两相流量及MEA浓度对压力降、比表面积和传质性能的影响。结果表明,当MEA浓度不变,气液两相流量增大时,压力降、比表面积、传质系数、体积传质系数和增强因子均增大,并逐渐趋于恒定。当气液流量不变,MEA浓度增大时,压力降、传质系数、体积传质系数和增强因子增大,但比表面积减小。实验条件下,压力降范围为2.00~5.23 kPa,化学吸收过程的传质系数范围为7.74×10^-4~2.97×10^-3 m·s^-1。对于伴有快速化学反应的传质过程,以Sherwood数、Reynolds数、Schmidt数及增强因子为变量建立了体积传质系数的预测关联式,平均偏差为5.09%,具有良好的预测性能。     

鼓泡塔细胞反应器流体力学与传质特性

以超大规模细胞培养为目的,构建了与细胞培养体系十分接近的冷模实验体系,系统地研究了微载体(Cytodex I)、细胞保护剂(Pluronic F68)和消泡剂(Antifoam C)对鼓泡塔反应器中气、固、液三相流流体力学和氧传质特性的影响。在0.04～0.17cm/s 表观气速范围内采用 50 μm 孔径的烧结金属滤芯曝气时,在含有 0.5 和 1.0 g/L 的 Pluronic F68 的磷酸盐缓冲溶液冷模体系中,气含率与表观气速成线性增加关系,而气泡直径受表观气速影响较小;相同气速下的冷模体系与空气-水体系相比,气含率显著提高,气泡直径明显减小。在所研究的表观气速范围内微载体均可全悬浮,对气含率有一定增强,但微载体浓度为14%～20% 时对气泡大小几乎无影响。消泡剂用量在 1.60×10^-4时,可以有效抑制泡沫的形成。添加剂对液膜传质系数 k_L有较大负面作用,抵消了小气泡带来的传质面积增加,总的体积传质系数k_La 变化不大。Euler-Euler 多相流计算流体力学模型与拟稳态实验数据吻合较好,可用于指导反应器放...     

分散颗粒和超声场对鼓泡塔内传质性能的影响

用双电导探针气泡特征参数测量系统实时测定超声场与分散颗粒(活性炭)对鼓泡塔水+CO₂体系气泡Sauter直径和体积传质系数影响的变化规律。实验结果表明:无活性炭颗粒添加时,多频超声场比单频超声场更有利于提高体积传质系数,输入功率为100 W、组合超声频率为20-50-100 kHz时,体积传质系数增幅达40%~64%;加入活性炭颗粒后,体积传质系数随加入活性炭固含量的增大呈现先增大后逐渐减少的趋势,气泡Sauter直径变化规律相反,当体系中活性炭固含量为1.0 kg·m^-3时,传质增强最明显。体积传质系数随加入活性炭粒径的减小呈现增大的趋势。与无活性炭颗粒(d_s=0)比较,活性炭(固含率1.0 kg·m^-3)粒径d_s=38 μm时,液相体积传质系数在扣除吸附传质效果后仍增大1.58倍,同时引入超声场后,当组合超声频率为20-50-100 kHz,超声功率100 W时,液相体积传质系数增大2.02倍,可见超声场和分散颗粒对气液传质有显著的协同强化作用。     

水力喷射空气旋流器用于吸收处理工业尾气中的氨气

针对工业尾气中氨气吸收存在的传质效率低、设备易于堵塞等问题,本文采用新型超重力气液传质设备水力喷射空气旋流器(WSA),以稀硫酸溶液为吸收剂,开展了氨气吸收处理研究。研究考察了初始NH₃浓度、进口气速、喷孔面积以及中心排气管直径等操作参数和WSA结构参数对氨气吸收处理效率的影响。研究结果表明,NH₃吸收率随着初始NH₃浓度和进口气速的增大均呈现先增大后降低的规律。NH₃吸收率随着WSA的喷孔面积的增大先增大后趋于平缓,但却随着WSA的中心排气管直径的增大而降低,但压降也随之增大。在NH₃浓度为4500mg/m³左右,进口气速为26.46m/s时,采用喷孔面积为565.5mm²、中心排气管直径为32mm的WSA,NH₃吸收去除率可达99.5%以上。该工艺在工业尾气中的NH₃回收处理方面具有较大的应用前景。     

微曝氧化沟气液两相传质模型构建及传质影响因素分析

基于ANSYS Fluent软件建立了微曝氧化沟气–液两相流动和溶解氧输运模型,对比不同工况下氧体积传质系数的实验测量值和模拟结果,误差在7%以内。采用验证可靠性的模型模拟研究了气泡直径、曝气量和横向流动速度对微曝氧化沟内氧传质的影响。结果表明,气泡直径由1.5 mm增至3 mm时,氧体积传质系数由15.80 h?1降低至5.83 h?1;曝气量由0.5 m3/h增大至2 m3/h时,氧体积传质系数由4.21 h?1增至14.15 h?1,减小气泡直径和增大曝气量能明显提高氧体积传质系数。微曝氧化沟内气–液相间传质及溶解氧的分布受横向流动影响,开启单台和两台推流泵时,氧体积传质系数分别比无横向推流工况增大27.7%和42.4%,横向流动能有效提高气泡羽流内的气含率,增强氧传质效果。     

Feasibility analysis of SO2 absorption using a hydrophilic ceramic membrane contactor

Hydrophilic ceramic membranes would be potential candidates for membrane gas absorption if they could be applied to appropriate separation processes. This study highlights a novel concept for the practical implementation of SO₂ absorption in hydrophilic ceramic membrane that exhibits outstanding thermal and mechanical stabilities. With this aim, we investigated experimentally the performance of SO₂ absorption into aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution in a hydrophilic alumina (Al₂O₃) membrane contactor in terms of SO₂ removal efficiency and SO₂ mass transfer flux, and compared the performance with that in a hydrophobic one. A series of experiments were performed at various conditions over a NaOH concentration range of 0-1.0 mol·L^-1, a liquid flow rate range of 30-180 ml·min^-1, a gas flow rate range of 120-1000 ml·min^-1, an inlet SO₂ concentration range of 400-2000 μl·L^-1, and a temperature range of 10-35℃. It was found that the hydrophilic membrane was more competitive when using a NaOH concentration higher than 0.2 mol·L^-1. Furthermore, it can be inferred that the hydrophilic α-Al₂O₃ membrane exhibited exceptional long-term stability under 480 h continuous operation.     

Gas-Liquid Mass Transfer Characteristics in a Gas-Liquid-Solid Bubble Column under Elevated Pressure and Temperature

abstract The volumetric mass transfer coefficient kLa of gases (H2, CO, CO2) and mass transfer coefficient kL on liquid par-affin side were studied using the dynamic absorption method in slurry bubble ...     

鼓泡塔中非牛顿流体体系的传质研究

本文在直径0.10 m、高1.05 m的鼓泡塔中,以羧甲基纤维素钠作为模拟介质,采用单孔喷嘴布气、孔径d_o=0.01 m,测定了该类反应器的比相界面积和容积传质系数,提出了比相界面积和传质系数的关联式。     

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。     

LOCAL OVERALL GAS-LIQUID VOLUMETRIC MASS TRANSFER COEFFICIENTS IN A GAS-LIQUID TWO-PHASE REVERSED FLOW JET LOOP REACTOR

Local overall gas-liquid volumetric mass transfer coefficient profiles at the specified point were experimentally investigated in a gas-liquid two-phase reversed flow jet loop reactor with Newtonian and non-Newtonian systems. It was observed that the local overall gas-liquid volumetric mass transfer coefficient profiles of this reactor with Newtonian and non-Newtonian systems increase with increase in gas jet flow rates and liquid jet flow rates, and with decrease in nozzle diameter and CMC concentration.     

Mass transfer performance of structured packings in a CO2 absorption tower

This paper studies the mass transfer performance of structured packings in the absorption of CO2 from air with aqueous NaOH solution. The Eight structured packings tested are sheet metal ones with corrugations of different geometry parameters. Effective mass transfer area and overall gas phase mass transfer coefficient have been measured in an absorption column of 200 mm diameter under the conditions of gas F-factor in 0.38–1.52 Pa0.5 and aqueous NaOH solution concentration of 0.10–0.15 kmol·m?3. The effects of gas/liquid phase flow rates and packing geometry parameters are also investigated. The results show that the effective mass transfer area changes not only with packing geometry parameters and liquid load, but also with gas F-factor. A new effective mass transfer area correlation on the gas F-factor and the liquid load was proposed, which is found to fit experiment data very well.     

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.