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。     

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。     

湍球塔气液相界面结构及传质面积

湍球塔因其防堵塞、强湍动、传质面积大等特点,可作为烟气氨法脱碳后用磷石膏浆料净化尾气微量氨的气液传质设备。本文基于湍球塔液滴团聚分散理论研究了液滴和液膜形成的气液相界面结构,并得到气液传质面积的数学模型。在磷石膏浆料吸收氨法脱碳尾气微量氨的湍球塔实验装置中,在气体Re_g157~475、液气比1~6范围内进行实验研究,从实验数据回归得到的气液传质面积与理论计算值吻合。结果表明,湍球塔气液传质面积以团聚分散的液滴为主,湍球表面积占比不足25%。     

加入第二液相强化气液传质

以水吸收二氧化碳为研究体系,考察了第二液相(有机相)的加入对气液传质的增强作用.运用经验关联式,对气泡平均直径进行了预测,应用渗透模型计算并讨论了第二液相的加入对气液接触界面积、体积传质系数的影响.实验结果表明:不同搅拌速度对气泡大小影响不同,适宜的搅拌速度有利于传质;少量的第二液相的加入减少了气泡聚并现象,增大了气液接触界面积.气液传质增强效果用增强因子表示.     

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。     

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.     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

捕雾装置

在蒸馏、吸收、洗涤等气液传质设备中,以及气液分离器中设有捕雾装置,以捕集气体中携带的液滴,减少夹带损失,并确保气体的纯度。在生产设备中,液相在气体中,大体呈下面几种形式:液滴直径(微米)液滴状(Sprays) 100以上雾滴状(Mists) 50～100雾沫状(Fogs) 1～50雾气状(Fumes) 0.1～1     

气-液-液萃取传质效率的研究

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.据此,本文在气-液-液萃取条件下对不同填料的传质性能进行了测定.实验表明,通入气相后分散相液滴呈现稳定的“油包气”空心状态,这种结构大大降低了分散相液滴的传质层厚度,减小了传质距离,极大地强化传质效率.在适宜气速下,气-液-液萃取效率较传统萃取效率提高20％～40％.通过与散装填料对比,发现规整填料更利于强化萃取效果,传质效率提高约50％.     

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k_L;总体积传质系数K_La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。     

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.     

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...     

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。     

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。     

带气体分布器表面曝气反应器的气液传质特性

在高径比较大的表面曝气反应器中,由表面吸入的气体较难分散到反应器的底部,为增强反应器的气液传质性能,需要将反应器底部供气和表面曝气的配置优化。在直径380 mm、液位为530 mm的表面曝气反应器中,表观气速为2.45,4.90,7.35 mm/s的条件下,实验测定了3种不同构型的双层桨组合的气液传质系数和搅拌功率。结果表明,表面曝气结合气体分布器供气能有效改善气液反应器内气体的整体混合状况,以较低的功耗达到气体分布均匀、增强气液传质性能的目的。     

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。     

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。     

整体式床层中液体分布与气-液传质的关系

With a particular focus on the connection between liquid flow distribution and gas-liquid mass transfer in monolithic beds in the Taylor flow regime, hydrodynamic and gas-liquid mass transfer experiments were carried out in a column with a monolithic bed of cell density of 50 cpsi with two different distributors (nozzle and packed bed distributors). Liquid saturation in individual channels was measured by using self-made micro-conductivity probes. A mal-distribution factor was used to evaluate uniform degree of phase distribution in monoliths. Overall bed pressure drop and mass transfer coefficients were measured. For liquid flow distribution and gas-liquid mass transfer, it is found that the superficial liquid velocity is a crucial factor and the packed bed distributor is better than the nozzle distributor. A semi-theoretical analysis using single channel models shows that the packed bed distributor always yields shorter and uniformly distributed liquid slugs compared to the nozzle distributor, which in turn ensures a better mass transfer performance. A bed scale mass transfer model is proposed by employing the single channel models in individual channels and incorporating effects of non-uniform liquid distribution along the bed cross-section. The model predicts the overall gas-liquid mass transfer coefficient with a relative error within ±30%.