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《北京化工大学》 2000年
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旋转床内传质过程的模型化研究

李振虎  
【摘要】:旋转床是七十年代末出现的一种用于传质和反应的高效化工设备,它在工业上有着十分广阔的应用前景。有关旋转床内液相控制的传质过程,已有一定数量的研究结果发表,但沿旋转床径向传质的模型化及浓度分布的实际测量结果尚未见报道。 根据旋转床内的气—液流动情况,提出了描述旋转床填料层内气—液传质模型。该模型的特点是根据旋转床内气、液相流动的特性,考虑了表面吸附和微小雾滴的过饱和蒸气压对旋转床传质过程的重大影响,并揭示出旋转床中气液界面上气、液相浓度是处于不平衡状态。采用控制容积法将模型推导出的液滴和液膜的传质方程离散化,并分别给出了其数值解法。 为了验证模型的正确性,本文以水吸收空气中的SO_2为体系,这是一个气液两相对传质阻力均有影响的吸收过程,用安装在旋转床填料层不同径向位置的自制电导探头测定逆流和并流操作条件下旋转床填料层内径向的浓度分布。研究了液体流量、气体流量、转速和气相进口中二氧化硫含量四个因素对旋转床填料层内径向浓度分布和径向体积传质系数分布的影响。研究结果表明:1.逆流旋转床填料层内的体积传质系数在填料层的入口处有一极大值,说明在此处为液相端效应区。离开液相端效应区后,体积传质系数随填料层半径逐渐增大,在接近转子的外缘处时,体积传质系数迅速增大,这与液相控制的传质过程相反,说明在填料层的外缘处存在一个气相端效应区;并流时旋转床内的体积传质系数在填料层内缘处迅速增大,说明并流时气、液两相端效应区都集中在填料层内缘处,离开端效应区后,随填料层半径逐渐减小;2.转速和气体流量对旋转床填料层内的体积传质系数影响较大,流体流量和气相中二氧化硫浓度影响不大。 对逆流和并流操作时旋转床气相压降的研究结果表明:1.旋转床的干床和湿床压降与气量的平方成正比;并流与逆流操作时旋转床的干床和湿床压降随转速的变化规律相反,即并流时转速增大床压降减小,而逆流操作时转速增大床压降增大;2.在实验范围内,并流和逆流操作时,旋转床的湿床压降小于干床压降,且随液量的增大略有减小;3.模拟结果与实验结果吻合很好,模型能较好地解释实验现象。 利用本文所提出的气—液传质模型对逆流和并操作时旋转床填料层内的传质过程进行模拟,模拟结果说明了旋转床内气、液两相处于强湍动状态以及表面吸附和微小雾滴的过饱和蒸气压对传质过程有重大影响;揭示出在旋转床中气液界面处于不平衡状态。模拟结果与实验结果相一致,模型能较好地反映液量、气量、转速和气相进口浓度对旋转床传质过程影响的规律。 在以上研究的基础上,在淄博硫酸厂进行了旋转床吸收硫酸厂尾气中二氧化硫的工业侧线研究,研究结果表明:1.无论是液相中含铵盐量高还是低,气体中SO_2浓度高还是低,平衡度都接近于100%,用传统的泡沫塔,平衡度仅为80%左右;2.排放气中SO_2浓度都达到小于300ppm的要求,甚至于能小于50ppm;3.与传统塔技术相比节省投资42%、节省占地50%、能耗降 扎京化工大学博士学位论文 低25%,经济效益明显;4,提出了适合于两段吸收的并、逆流相结合的旋转 床新构思。 关键词:旋转床传质浓度分布表面吸附微小雾滴过饱和蒸气 压不平衡模型 ll
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TQ05

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 郭奋,赵永华,陈建峰,郭锴,郑冲;旋转床填料内支撑对气膜控制传质过程的影响[J];高校化学工程学报;2002年03期
2 郭奋,赵永华,崔建华,陈建峰,郭锴,郑冲;旋转填充床内支撑对液膜控制传质过程的影响[J];华北工学院学报;2001年06期
3 张友华;阮奇;李玲;袁锦瑞;严佐毅;;三角形螺旋填料旋转床全回流精馏性能研究[J];现代化工;2008年S1期
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1 王胜强;黄国强;孙津生;;超重力技术在内循环生物反应器中的应用[A];第二届全国传递过程学术研讨会论文集[C];2003年
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2 李亚超;旋转填充床内多尺度混合—反应问题研究[D];北京化工大学;2011年
3 焦纬洲;错流旋转床填料结构与特性研究[D];中北大学;2006年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 陈海辉,简弃非,邓先和;化学吸收法测定旋转填料床有效相界面积[J];华南理工大学学报(自然科学版);1999年07期
【共引文献】
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3 李振虎,郭锴,翁南梅,冯元鼎,郑冲;旋转填充床中两种填料压降特性与传质特性的对比[J];北京化工大学学报(自然科学版);2000年03期
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7 徐春艳,刘承斌,施力田,郑冲,郭锴;旋转床填料内径向温度分布研究——实验装置及流程[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年01期
8 杨海健;陈建峰;初广文;;旋转填充床微观混合的沿程实验研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年04期
9 马丽丽;张珍禛;郭锴;;二氧化碳-水体系动态溶解平衡的探索性研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2009年06期
10 高鑫;初广文;邹海魁;罗勇;张鹏远;陈建峰;;新型多级逆流式超重力旋转床精馏性能研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2010年04期
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1 陈建峰;张纪尧;沈志刚;;超重力反应与分离新技术[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
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1 刘钟阳;放电等离子体合成臭氧及应用中一些问题的研究[D];大连理工大学;2002年
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3 郭奋;错流旋转床内流体力学与传质特性的研究[D];北京化工大学;1996年
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7 吕兵;多不饱和脂肪酸乳状液体系氧化机制的研究[D];江南大学;2007年
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9 许宁;浮法玻璃熔窑烟气脱硫系统关键技术研究[D];武汉理工大学;2007年
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1 岳立平;十字旋阀塔板传质效率的研究[D];华东理工大学;2011年
2 李学孔;板式旋转塔的水力学性能研究[D];大连理工大学;2011年
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4 刘松;超重力机在水体增、脱氧中的应用[D];华南理工大学;2011年
5 代静;关于气液传质中Marangoni效应的实验研究[D];天津大学;2010年
6 张会书;气液传质过程中Marangoni效应的PIV实验研究[D];天津大学;2010年
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8 汪艳;曝气吹脱技术去除水源水氯苯的初步研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 赵会;降膜式脱挥器中粘性流体脱挥特性的研究[D];上海交通大学;2012年
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【同被引文献】
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1 焦纬洲;刘有智;祁贵生;;超重力技术在火炸药生产中的应用[J];火炸药学报;2009年02期
2 李振虎,郭锴,陈建铭,周绪美,郑冲;旋转填充床气相压降特性研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);1999年04期
3 刘骥,向阳,陈建峰,周绪美,郑冲;用聚并分散模型研究旋转填充床中微观混合过程[J];北京化工大学学报(自然科学版);1999年04期
4 李振虎,郭锴,翁南梅,冯元鼎,郑冲;旋转填充床中两种填料压降特性与传质特性的对比[J];北京化工大学学报(自然科学版);2000年03期
5 李振虎,郭锴,燕为民,郑冲;逆流和并流操作时旋转床气相压降的对比[J];北京化工大学学报(自然科学版);2001年01期
6 许明,张建文,沈志刚,陈建峰,赵瑾;超重力旋转床中气液两相流动与传质过程的数值模拟[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年05期
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10 阮文彪,郭瑞松,吕振刚;纳米介孔氧化铝的制备工艺及性能[J];材料科学与工程学报;2005年04期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 陈建峰;混合—反应过程的理论与实验研究[D];浙江大学;1992年
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3 张军;旋转床内液体流动与传质的实验研究和计算模拟[D];北京化工大学;1996年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 钟战铁;有机胺溶液吸收二氧化碳基础研究[D];浙江大学;2002年
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5 梁继国;旋转填充床内微观混合的模型化研究[D];北京化工大学;2003年
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【二级引证文献】
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1 孙润林;向阳;初广文;邹海魁;邵磊;陈建峰;;旋转填充床气相流场模拟与验证[J];北京化工大学学报(自然科学版);2012年04期
2 林海霞;宋云华;初广文;陈建铭;;定-转子反应器气液传质特性实验研究[J];高校化学工程学报;2007年05期
3 焦纬洲,刘有智,刁金祥,康荣璨,刘振河;多孔波纹板错流旋转床流体力学性能研究[J];化工进展;2005年10期
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5 焦纬洲;刘有智;祁贵生;王建伟;;超重力旋转填料床的有效比表面积[J];化学反应工程与工艺;2007年04期
6 吴祖钰;阮奇;凡书杰;严佐毅;刘国伟;;三角形螺旋填料旋转床气相压降的数值模拟[J];计算机与应用化学;2011年06期
7 陈攀攀;阮奇;苏宁子;赖萍;严佐毅;;旋转填料床间歇精馏不稳态开工过程[J];计算机与应用化学;2012年05期
8 赖萍;苏宁子;徐秋玲;房一峰;阮奇;;旋转填料床间歇萃取精馏性能研究[J];化学工业与工程技术;2012年05期
9 焦纬洲;刘有智;祁贵生;;超重力旋转床填料结构研究进展[J];天然气化工(C1化学与化工);2008年06期
10 曾群英;白玉洁;杨春基;杜海;关伟宏;;超重力法脱除变换气中CO_2的实验研究及应用前景[J];天然气化工(C1化学与化工);2010年01期
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1 曹仲文;侧壁喷液的旋流吸收器内吸收过程的研究[D];江南大学;2008年
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1 纪文文;超重力燃烧合成YAG陶瓷热力学计算及过程仿真[D];山东农业大学;2010年
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3 吕新伟;超重力法化学氧化聚合制备纳米聚苯胺的研究[D];北京化工大学;2011年
4 韩莉;超重力环境下饱和NaCl溶液氨化与碳酸化的研究[D];北京化工大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 简弃非,邓先和,邓颂九;超重力旋转床中的传质研究[J];化工进展;1996年06期
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6 陈昭琼,童志权;螺旋型旋转吸收器(Ⅱ)──烟气脱硫传质系数[J];化工学报;1996年06期
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【相似文献】
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1 贺国,马龙,郭朝有,陈国钧,邓先和,安玉昌;闭式循环柴油机旋转床吸收器气体压降模型[J];化学工程;2004年04期
2 简弃非,邓先和,邓颂九;超重力旋转床中的传质研究[J];化工进展;1996年06期
3 简弃非,邓先和,邓颂九;碟片旋转床流体力学实验研究[J];化学工程;1998年02期
4 鲍铁虎,徐之超,计建炳,王良华,孙卫峰;新型旋转床性能研究[J];石油化工设备;2002年02期
5 张军,郭锴,郭奋,竺洁松,郑冲;旋转床内液体流动的实验研究[J];高校化学工程学报;2000年04期
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8 M.Keyvani;N.C.Gardner;邓淑华;林青节;;旋转床的操作特性[J];广东化工;1991年03期
9 简弃非,邓先和,张亚君;低阻高效同心环碟片填料旋转床流阻和传质特性研究[J];硫酸工业;2000年05期
10 张艳辉,柳来栓,刘有智;超重力旋转床用于烟气除尘的实验研究[J];环境工程;2003年06期
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1 彭卫国;周继承;廖利民;;螺旋通道型旋转床超重力碳分法制备大孔容纳米活性氧化铝[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2006年
2 ;BZ系列超重力旋转床[A];兴业杯第四届中国制药装备论文集[C];2008年
3 计建炳;徐之超;俞云良;;折流式旋转床——超重力场中的湿壁塔[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
4 张金多;李雪花;陈景文;;酞酸酯类化合物蒸气压的QRSETP模型研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
5 陈建峰;张纪尧;沈志刚;;超重力反应与分离新技术[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
6 王胜强;黄国强;孙津生;;超重力技术在内循环生物反应器中的应用[A];第二届全国传递过程学术研讨会论文集[C];2003年
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8 彭璇;陈萍萍;包强;魏颖慧;李范珠;;水飞蓟宾过饱和自乳化给药系统的制备及性质研究[A];2009年中国药学大会暨第九届中国药师周论文集[C];2009年
9 诸葛兰剑;吴雪梅;汤乃云;叶春暖;姚伟国;;α-Fe粉末和间苯二胺的球磨固相反应[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
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3 张良;乘机饮食三忌[N];长春日报;2005年
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9 江西南昌市第一医院教授 孙明生;胆囊壁“吸脂”障碍促发结石[N];健康报;2007年
10 天水天宝塑业有限责任公司 金淡春;流滴棚膜消雾机理的探讨[N];甘肃经济日报;2008年
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7 梁鹏;VLST-OFDM无线通信系统中检测等问题的研究[D];北京邮电大学;2006年
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10 乃学瑛;氧化镁晶须的合成及其生长机理的研究[D];中国科学院研究生院(青海盐湖研究所);2007年
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1 鲍铁虎;超重力旋转床流体力学和传质性能的研究[D];浙江工业大学;2002年
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6 谢冠伦;新型结构旋转床吸收混合气中二氧化碳的研究[D];北京化工大学;2010年
7 易飞;超重力技术脱除二氧化碳的实验和模拟研究[D];北京化工大学;2008年
8 焦纬洲;错流旋转床填料结构与特性研究[D];中北大学;2006年
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10 张富明;超重力机脱除混合气中的二氧化碳[D];北京化工大学;2009年
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