超声场与添加剂对鼓泡塔中传质性能的影响?

利用超声场鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪实时测定了加入不同种类和不同浓度添加剂前后鼓泡塔内氨气气含率与传质系数变化规律。实验结果表明：无添加剂时,超声频率为20-50-100 kHz组合,功率100 W时,鼓泡塔内气含率比无超声作用时增加了37%~74%,传质系数增大了39%~61%;气含率和传质系数随加入正辛醇浓度的增大呈现逐渐增长的趋势,当正辛醇浓度超过1.0%(V)时,气含率和传质系数趋于稳定;超声频率为20-50-100 kHz组合,超声功率100 W,正辛醇浓度为1.0%时鼓泡塔内气含率比无添加剂加入时增加了20%,传质系数增大了16%,可见超声场与添加剂协同作用有利强化气液相间分布、提高传质效果。     

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。     

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。     

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。     

散射管气体鼓泡塔流场分布特性及优化

鼓泡塔因其较好的气-液传质性能具有高污染物脱除效率,被广泛应用于生物化工和烟气处理等领域。鼓泡塔散射管气体分布器的几何尺寸和结构是影响相间传质效率的关键因素,优化塔内流场对于提高鼓泡塔内气-液两相间的传质效率至关重要。采用Fluent软件对有内构件散射管横向进气口式的鼓泡塔进行模拟研究,基于双流体方法和群体平衡模型(PBM)模型对鼓泡塔三维建模,采用一阶迎风差分格式离散,使用Phase Coupled Simple算法进行压力速度耦合。研究了散射管所在圆环直径d分别为0. 375D、0. 5D、0. 625D、0. 75D时(D为鼓泡塔直径),散射管进气口的布置对整体和局部气含率、液速和气泡尺寸等的影响。研究结果表明,随着散射管分布环直径的增大,整体气含率先增大后减少,平均气泡直径先减小后增大;当散射管所在圆环直径d=0. 5D时,鼓泡塔整体气含率和液相循环速度最大,平均气泡直径最小,鼓泡塔流场综合性能最好。     

射流鼓泡反应器中液相体积传质系数的测定

羰基合成反应一般采用射流鼓泡反应器,该类反应器气液混合的方式采用射流而非机械搅拌,其主要优点是结构简单、制作简便、维护费用低。研究该类型反应器的传质系数对于其设计、优化及放大操作均具有重要意义。本研究采用缩颈式圆形喷嘴,以动态溶氧法对射流鼓泡反应器内的液相体积传质系数进行测定,考察了表观气速、射流雷诺数对液相体积传质系数的影响。研究发现,随气速增大液相体积传质系数的变化规律为先增大而后保持不变。维持表观气速不变,随雷诺数增加液相体积传质系数增大,但当表观气速小于0.0012 m/s时,雷诺数对传质改善较小。建立了液相体积传质系数的经验关联式,当气体输入功率占总功率56%时,液相体积传质系数最大,气体鼓泡和液体射流的协同作用最强。     

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...     

高温高压下浆态鼓泡床气液传质系数的测定

采用气体动态吸收法,对高温高压下浆态鼓泡床中气液传质系数进行了测定,考察了系统压力、温度、表观气速及固含量等操作条件对传质系数的影响. 结果表明,在温度298~473 K、气体压力1.0~3.0 MPa、表观气速0.03~0.10 m/s、固含量0%~20%(w)的实验条件下,体积传质系数随着压力、温度及表观气速的增加而增大,随固含量的增加而减小. 同时对不同塔径的传质系数进行了比较,表明在相同的操作条件下,大塔的传质系数略高于小塔.     

鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展

总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果,详细地介绍了鼓泡床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法,阐述了鼓泡床反应器性能的主要影响因素,如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特性的影响,并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述.     

多级鼓泡塔中液相返混系数与交换速度的研究

采用示踪方法对高2 000 mm,内径282 mm多级筛板鼓泡塔内液相返混系数进行测量研究,并通过扩散-返混模型以及RTD曲线给出鼓泡塔内筛板上下二侧液体交换速度,同时考查了表观气速、开孔率等因素对轴向扩散系数与液体交换速度的影响.根据实验得出鼓泡塔内轴向返混系数以及液体交换速度与表观气速、开孔率有很大关系,均随表观气...     

气液鼓泡塔内的气含率和液相轴向返混系数

对直径为150和300毫米有一块气体分布板和六块筛板的有机玻璃鼓泡塔,在空塔气速为1～50厘米/秒范围内测定了不同体系的气含率和液相轴向返混系数,获得了实用的经验关联式。实验证实当D≥150毫米时,气含率与塔径无关。用差压法测得塔内气含率的分布,证实在高度不大的鼓泡塔中气含率是均一的。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

超声场中鼓泡塔内气泡直径分布特征研究

利用自主研发的超声鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪测定了不同频率组合下超声场辐射对鼓泡塔内气泡Sauter直径随表观气速和鼓泡塔径向及轴向位置的分布情况。实验结果表明,在距气体分布板轴向距离250 mm、塔中心处气泡Sauter直径由于超声作用而显著减小,最大减幅达55%;在超声场作用下随着表观气速增大,气泡Sauter直径呈增大趋势,当表观气速大于0.06 m/s时,气泡Sauter直径趋于不变;大气泡在塔中心区域聚集倾向明显,小气泡分布在塔壁面附近,气泡Sauter直径(在径向位置)呈现中心峰分布趋势;随着距气体分布板轴向距离增加,气泡Sauter直径增大,在多频混响声场中,气泡Sauter直径增速小于单频声场中增速,即在多频混响超声场中易形成小气泡。实验结果证实,超声场有利于减小气泡体积,增大气泡比表面积,这对于加强气液相间传质、提高传质效果会有显著作用。     

单体Ag纳米流体强化氨水鼓泡吸收特性

为探讨纳米流体对氨水鼓泡吸收传热传质特性的影响,利用自行设计的实验系统进行了不同浓度单体Ag纳米流体基液下的氨水鼓泡吸收实验。实验表明:纳米流体浓度与初始氨水浓度是影响鼓泡吸收过程中传热与传质的关键因素。当单体Ag纳米流体在浓度0.005%～0.020%内、基液中没有添加纳米流体时,5min内随着时间推移,吸收器内溶液温度明显高于添加有纳米流体的情况;氨水鼓泡吸收传质过程中,有效吸收比均大于1.0,随着氨水浓度上升,各浓度纳米流体基液下吸收率逐步减小,有效吸收比逐渐增大,且吸收率和有效吸收比均随着纳米浓度增大而上升,当氨水浓度为20%且纳米流体浓度为0.020%时,单体Ag纳米流体强化氨水鼓泡吸收有效吸收比达到最大值1.55。对实验现象和相关结论进行了可能的机理解释。     

气—液鼓泡塔中流动域和气含率的分布

利用压力传感器测定了气、液两相鼓泡塔内不同轴、径向位置上压强的脉动信号,分析了压强的脉动特征,计算了各种操作条件下塔内不同轴向位置截面上的平均气含率,发现在不同操作条件下,塔内可能出现不同的流动域分布,即全塔均匀鼓泡域、全塔过渡域、全塔湍动鼓泡域以及均匀鼓泡域,过渡域和湍动鼓泡域中的相邻2种或3种流域同时出现在塔内不同高度上。提出了不同轴向位置流域转变的判据。并发现,同一截面的不同径向位置基本处于同一流域内。同时研究了鼓泡塔内气含率在轴向上的分布规律,给出了不同流动域内气含率的关系式。     

高气速下鼓泡塔中气含率分布的测定

在内径476 mm的鼓泡塔内用压差法测定全塔平均气含率与表观气速的关系,进一步利用响应特性良好的双电导探针,考察了不同气速下局部气含率的分布规律。实验结果表明,利用探针法计算得到的全塔平均气含率值与压差法测定值平均误差仅为4.5%,表明探针法测量局部气含率的可靠性良好。实验还表明在高气速下,除分布板影响区外,局部气含率均类似抛物线型分布;随着气速增加,气含率分布趋于陡峭。以实验为依据,拟合了不同气速下(0.05~1.0 m/s)鼓泡塔中局部气含率的关联式,认为塔内局部气含率与径向位置、表观气速和塔径等因素有关。     

用神经网络法预测鼓泡塔内的气含率

在 2 0 0 0多组公开发表的鼓泡塔实验数据组成的数据库基础上 ,提出了一个预测鼓泡塔内气含率的关联式 ,介绍了一种新的神经网络回归方法。将该方法与受力分析结合起来得到 4个对鼓泡塔内气含率影响较大的无因次准数 ,对所得到的模型作出评价     

超声内环流气升式反应器传质性能的研究

研究了超声内环流气升式反应器中空气-水-离子交换树脂体系的气液传质与液固传质性能.分别采用电极动态法和离子交换树脂法实验测定了气液传质和液固传质系数.重点考察了表观气速、超声电功率对于气液传质系数以及液固传质系数的影响.实验表明,内环流气升式反应器中表观气速对于气液传质性能影响较大,而超声作用对气液传质影响不大.该反应器中液固传质系数随表观气速的增加而增大;无超声作用情况下,当表观气速达到一定程度时,液固传质系数保持一恒定值.超声作用时,气速增加到4 cm·s-1左右,传质系数达到最大值,随后液固传质系数随着表观气速的增加而逐渐减小,传质系数仍然大于无超声作用时的值.超声对液固传质有较强的促进作用,电功率在150 W左右时,超声对液固传质的促进作用最佳,是不加超声作用时传质系数的两倍左右;但随着电功率的进一步增大,液固传质系数呈现下降趋势.     

三相浅层鼓泡塔颗粒悬浮特性

研究了F383 mm的浅层鼓泡塔内高径比(H/DT)、气体分布器、固体浓度(Cs)对气含率和临界悬浮气速(Ugc)的影响. 结果表明,当H/DT<1.5时,随H/DT增大,气含率增大,而Ugc明显下降;当H/DT>1.5时,气含率减小,Ugc变化不大,优化的H/DT约为1.5. 采用四管管式气体分布器,当环径比(d/DT)为0.4时,Ugc最小. 气含率随Cs增大而减小,Cs超过15%(j)时,Ugc随Cs变化不大. 最后,推导得到Ugc的经验关联式,可为工业反应器提供一定指导.