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浆料体系中细颗粒增强气液传质研究

蔡旺锋  
【摘要】:化工过程强化是传统化工发展的重要方向之一 微细颗粒加入到液相中形成 的浆料能显著提高反应和/或传质速率 本文对具有吸附作用和反应活性的微细 颗粒的气液传质增强作用进行了研究 浆料鼓泡塔中 气泡周围细颗粒的浓度分布及细颗粒在气泡上的附着效率是 影响气液传质增强的重要因素 本文通过求解对流-扩散方程(Fokker-Planck equation)对此进行了定量的研究 结果表明 在不同的 Péclet 数或气泡和颗粒粒 径以及浆料体系的其它性质下 颗粒在气泡上的附着分别由对流和扩散两种机理 所控制 此外 气泡的相对粘度对颗粒的附着影响显著 通过分析其增强气机理 本文建立了吸附剂颗粒强化气液传质的非均相 非 稳态 3-D 模型 该模型考虑了气液近界面不同细颗粒对传质的相互作用的本质 能适应于颗粒在气液近界面分布较为复杂的体系 当浆料固含率大于 1 2%时 3-D 模型计算结果与 1-D 和 2-D 模型计算结果具有明显的差别 此时 应该采用 前者来计算其增强因子 由于分散相在液膜内气液近界面的非均匀分布 采用单一网格形式难以对积 分区域进行划分 本文通过建立复合网格方法 简化了 3-D 偏微分方程的建立和 求解 根据这种方法 整个偏微分方程积分区域被分成若干个由复合网格所覆盖 的子区域 不同的子区域选择不同的坐标系和单元网格 组成复合网格的单元网 格在它们相遇处重叠 本文研究了复合网格形成步骤和算法 并将之与有限差分 方法相结合对 3-D 模型方程进行了求解 采用 3-D 模型对影响传质增强作用的系统参数进行了研究 结果表明 气液 传质增强主要决定于距离气液界面较近的颗粒的作用 固液分配系数 第一层颗 粒与气液界面的距离是影响气液传质增强的主要参数 增强因子随着颗粒粒径的 减小几乎呈线形增加 此外 提出了浆料表观粘度影响增强因子的校正因子为 μ0 /μsus 相互作用因子I定量的表述了液膜内不同细颗粒之间对气液传质增强的相互 作用 研究发现它与液膜内颗粒间相对位置关系不大 将 2-D 模型结果采用相互 作用因子修正后获得的局部增强因子结果与 3-D 模型相近 用该方法代替 3-D 模 型计算宏观作用因子 不仅能大大的减小计算时间 同时能更有效地处理液膜内 细颗粒复杂分布时的增强问题 在搅拌槽内对由微溶 Mg(OH)2 颗粒作为分散相的反应性浆料增强吸收 SO2 气体进行了实验研究 得到了 1.0 到 5.2 的增强因子 实验中浆料固含率和搅拌 i WP=4 中文摘要 速率范围分别为0 ≤ εg ≤ 5.0% 和0 ≤ Ns ≤ 6 SO2 气体分压和颗粒粒径分别为 50kPa 和 5.74 μm 对 SO2 Mg(OH)2 和 CO2 Ca(OH)2 吸收体系分别建立了三 区域和二区域增强模型 模型的解析解表明 待传质组分分压 颗粒粒径和浆料 固含率是影响增强作用的主要参数 增强因子随着颗粒粒径和待传质组分分压降 低而增大 考虑近界面颗粒 惰性区 的影响并对表观粘度影响进行校正后的模 型结果与实验结果具有良好的一致性


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