泡沫镍填料旋转填充床传质性能研究

发布时间：2017-07-08 10:26

  本文关键词：泡沫镍填料旋转填充床传质性能研究

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【摘要】：作为过程强化的典型代表之一,超重力技术目前已经由实验室走向了工业化应用。超重力技术的核心装备是旋转填充床,而填料则是旋转填充床的重要组成部分,它是混合与传递发生的主要场所。选取合适的填料类型和优化其结构是进一步提高传质效率的重要措施之一。采用优化旋转填充床内部构件来提高设备能效也已成为当今的发展趋势。因此,对旋转填充床内新型填料的传质性能研究工作有着十分重要的意义。本论文利用化学一步浸泡法对泡沫镍填料进行了疏水改性和表征,并分别对改性前后泡沫镍填料旋转填充床的传质性能进行了研究。在实验的基础上,拟合了传质系数的经验关联式。最后,进行了泡沫镍填料中流体流动的可视化实验,进一步探究了传质强化原因。主要研究结果如下：(1)经过疏水改性后,泡沫镍填料的表面接触角增大约了25°,通过扫描电镜的图片可以看到在填料表面形成了球体,球体上布满着微纳米级的“花瓣状”三维结构,此微纳米结构对填料表面的疏水性能起到了重要作用。(2)改性前后泡沫镍填料旋转填充床的有效传质比表面积和液相体积传质系数随旋转填充床转速、液体流量和气体流量的增大而增大。相同条件下,改性后泡沫镍填料旋转填充床比改性前泡沫镍填料旋转填充床液相体积传质系数平均提高约28%。改性前后泡沫镍填料旋转填充床的气相体积传质系数随旋转填充床转速、液体流量和气体流量的增大而增大。相同条件下,改性后泡沫镍填料旋转填充床比改性前泡沫镍填料旋转填充床气相体积传质系数平均提高约7%。通过改性前后泡沫镍填料对液膜和气膜控制体系传质系数强化作用的比较可知,泡沫镍填料旋转填充床对于由液膜控制的传质过程表现出更加显著的强化效果。进一步对所获得的传质数据进行各传质系数的关联式拟合,发现各传质系数的理论值与实验值吻合性较好,偏差维持在±15%之间。(3)为进一步探究改性填料的传质强化原因,采用自行研制的可视化平台,研究改性前后填料对液体的切割分散作用。静态可视化研究结果表明,改性后泡沫镍填料对液滴具有更好的分散性。穿过改性后泡沫镍填料而分散的液滴直径比未改性的填料减小约20%；在动态可视化实验中,穿过改性后泡沫镍填料的液滴直径比未改性的平均减小约13%。动态可视化实验表明,液滴平均直径随填料厚度和旋转填充床的转速的增大而减小。但是,当液体流量增大时,液滴平均直径随之增大。
【关键词】：旋转填充床 传质 泡沫镍填料 可视化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.4
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符号说明15-17
• 第一章 文献综述17-29
• 1.1 前言17
• 1.2 气液传质理论概述17-19
• 1.2.1 气液传质及研究意义17
• 1.2.2 气液传质模型17-19
• 1.3 超重力技术背景19-23
• 1.3.1 超重力技术简介19-21
• 1.3.2 超重力技术工业应用现状21-22
• 1.3.3 旋转填充床传质性能研究概况22-23
• 1.4 泡沫镍填料研究现状23-26
• 1.5 研究意义与主要研究内容26-29
• 第二章 泡沫镍填料的改性及表征29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 泡沫镍填料的改性方法29-30
• 2.3 实验部分30-31
• 2.3.1 实验药品与仪器30
• 2.3.2 实验方法与流程30-31
• 2.4 改性结果表征31-35
• 2.4.1 静态接触角分析31-33
• 2.4.2 扫描电镜分析33-35
• 2.4.3 光电子能谱分析35
• 2.7 本章小结35-37
• 第三章 泡沫镍填料旋转填充床液相体积传质系数的测定37-57
• 3.1 引言37
• 3.2 快速反应体系传质机理37-40
• 3.3 实验部分40-44
• 3.3.1 实验装置与仪器40-41
• 3.3.2 实验方法及流程41-44
• 3.4 实验结果与讨论44-48
• 3.4.1 转速对有效传质比表面积和液相传质系数的影响44-45
• 3.4.2 液量对有效传质比表面积和液相传质系数的影响45-46
• 3.4.3 气量对有效传质比表面积和液相传质系数的影响46-48
• 3.5 改性前后泡沫镍填料旋转填充床传质性能对比48-53
• 3.5.1 转速对有效传质比表面积、液相传质系数和液相体积传质系数的影响48-49
• 3.5.2 液量对有效传质比表面积、液相传质系数和液相体积传质系数的影响49-51
• 3.5.3 气量对有效传质比表面积、液相传质系数和液相体积传质系数的影响51-53
• 3.6 有效传质比表面积的关联式拟合53-54
• 3.7 液相体积传质系数的关联式拟合54-55
• 3.8 本章小结55-57
• 第四章 泡沫镍填料旋转填充床气相传质系数的测定57-65
• 4.1 引言57
• 4.2 气相传质57-58
• 4.3 实验部分58-59
• 4.3.1 实验设备与仪器58
• 4.3.2 实验方法及流程58-59
• 4.4 实验结果与讨论59-62
• 4.4.1 转速对气相体积传质系数的影响59-60
• 4.4.2 液量对气相体积传质系数的影响60-61
• 4.4.3 气量对气相体积传质系数的影响61-62
• 4.5 气相体积传质系数的关联式拟合62-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第五章 泡沫镍填料旋转填充床流动可视化研究65-73
• 5.1 引言65
• 5.2 液体流动形态的静态可视化研究65-68
• 5.2.1 操作方法65-67
• 5.2.2 数据处理与结果67-68
• 5.3 旋转填充床中液体流动形态的动态可视化研究68-72
• 5.3.1 操作方法68-70
• 5.3.2 数据处理与结果70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 结论与建议73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 建议74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 研究成果及发表的学术论文81-83
• 作者和导师简介83-84
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 Youzhi Liu;Deyin Gu;Chengcheng Xu;Guisheng Qi;Weizhou Jiao;;Mass transfer characteristics in a rotating packed bed with split packing[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2015年05期

2 张靓;赵宁;徐坚;;特殊浸润性表面在油水分离中的应用[J];科学通报;2013年33期

3 孙润林;向阳;杨宇成;邹海魁;初广文;邵磊;陈建峰;;超重力旋转床液体流动的可视化研究[J];高校化学工程学报;2013年03期

4 荆鹏;迟煜，

本文编号：534185