水力喷射空气旋流器中传质过程强化与除尘性能研究

发布时间：2017-08-06 03:21

  本文关键词：水力喷射空气旋流器中传质过程强化与除尘性能研究

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【摘要】：水力喷射空气旋流器(water-sparged aerocyclone,WSA)是一种利用液相射流在气相三维旋流场中的雾化现象与旋流场的静态超重力作用的新型高效的无填料气-液传质设备。为了进一步强化其内部气液传质过程并开拓该型设备在除尘领域的应用研究,本文通过氨氮废水吹脱实验与数值模拟,研究了分离空间结构、气相进口位置、设置底部挡板与液相中固相微粒对WSA内气液传质性能的影响,同时通过空气除尘实验,初步考察了该型设备的总除尘效率,利用量纲分析法总结出WSA高压降区域内气相速度、液相速度与粉尘浓度对水力喷射空气旋流器除尘性能的影响。研究结果表明:柱锥结合型WSA与柱型WSA相比具有较高的体积传质系数与气相压降,其原因为在前者中具有更强烈的射—旋流耦合作用;气相进口的沿WSA主筒体轴向下移并不能提高气液传质性能,但能有效降低约10%的气相压降,使得WSA整体能效得到提高,其原因在于气相进口的轴向下移能够减少气体旋流场与WSA器壁的摩擦损失;在WSA底部设置标准挡板能够提高低液相循环流量下体积传质系数,且提升效果随气速的增加而更加明显,其原因在于挡板的加入使液封表面气液两相接触面积更新速度加快,并使气液两相重新混合,提高了相间传质比表面积;而在液相中添加无吸附作用的固相颗粒能够有效提高WSA的气液传质性能,随着粒子固含率cs的增大,液侧传质系数kL、有效相界面积a、总体积传质系数kLa和增强因子E先增大后减小,并且kL、a、kLa随进口气速与射流速度的增加均增大,E随进口气速和射流速度增加而减小,进一步的研究表明,固相颗粒能够使得气液传质过程中的kL、a和表面更新频率S得到提高,表面更新机理为其强化气液传质过程的主要机理;WSA对PM2.5含量为66.44%的含尘气体具有93%以上的总除尘效率,在气相高压降区域内,气液两相操作参数与总除尘率之间的关系如η=98.67×Reg-0.013×Rel0.011所示,可知在高压降区域内WSA的总除尘率随射流速度的增加与进气速度的减小而提升,主要原因在于较高的进气速度与较低的射流速度会使射流的穿透深度降低,减少了气相中的尘粒与射流柱、液滴之间的碰撞几率。本文的研究结果对于设计传质性能良好的WSA及其传质过程的强化具有十分重要的指导意义,同时为拓宽该型设备在大气污染控制领域的应用提供了一定基础。
【关键词】：水力喷射空气旋流器 气液传质 过程强化 工业微粒物 湿法除尘
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701.2;TQ021.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 经典气液传质理论10-12
• 1.1.1 双膜理论10-11
• 1.1.2 溶质渗透理论11
• 1.1.3 表面更新理论11-12
• 1.2 传统气液传质设备简介12-17
• 1.2.1 板式塔简介12-15
• 1.2.2 填料塔简介15-17
• 1.3 水力喷射空气旋流器的研究现状17-22
• 1.3.1 水力喷射空气旋流器的提出及工作原理17-18
• 1.3.2 水力喷射空气旋流器内气液传质特性的研究进展18-21
• 1.3.3 水力喷射空气旋流器内气液传质性能优化的研究进展21
• 1.3.4 水力喷射空气旋流器的应用研究进展21-22
• 1.4 第三相固体颗粒强化气液传质22-24
• 1.4.1 微米级颗粒强化气液传质研究进展22
• 1.4.2 纳米级颗粒强化气液传质研究进展22-23
• 1.4.3 固体颗粒强化气液传质的机理简介23-24
• 1.5 湿法除尘设备24-26
• 1.5.1 洗涤塔24
• 1.5.2 湿式旋风除尘器24-25
• 1.5.3 文丘里除尘器25
• 1.5.4 自激式除尘器25-26
• 1.5.5 旋转填充床26
• 1.6 本论文的意义和研究内容26-28
• 1.6.1 本论文的研究意义26
• 1.6.2 本论文的研究内容26-28
• 2 分离空间结构对水力喷射空气旋流器内气液传质性能的影响28-42
• 2.1 废水脱氨实验部分28-32
• 2.1.1 废水脱氨过程体积传质系数的计算28-29
• 2.1.2 氨氮浓度的测定方法29-30
• 2.1.3 实验用氨氮废水30
• 2.1.4 试剂和材料30
• 2.1.5 实验装置30-32
• 2.1.6 实验方法32
• 2.2 数值模拟部分32-36
• 2.2.1 数学模型32-35
• 2.2.2 模型网格及边界条件的设置35-36
• 2.3 实验结果与讨论36-41
• 2.3.1 分离空间结构对WSA内气液传质性能的影响36-38
• 2.3.2 分离空间结构对WSA内部气相压降的影响38-39
• 2.3.3 分离空间结构对WSA射-旋流耦合状态的影响39-40
• 2.3.4 分离空间结构对WSA射-旋流耦合空间内湍动能的影响40-41
• 2.4 小结41-42
• 3 底部挡板与进气位置对水力喷射空气旋流器内气液传质性能的影响42-50
• 3.1 实验部分42-45
• 3.1.1 水力喷射空气旋流器与实验装置42-44
• 3.1.2 脱氨过程体积传质系数的计算44
• 3.1.3 实验方法44-45
• 3.2 实验结果与讨论45-49
• 3.2.1 进气口位置对WSA脱氨传质过程的影响45-47
• 3.2.2 底部挡板对WSA脱氨传质过程的影响47-49
• 3.3 小结49-50
• 4 水力喷射空气旋流中微粒强化气液传质及其机理50-59
• 4.1 实验部分50-53
• 4.1.1 实验材料50-51
• 4.1.2 实验装置与WSA结构51
• 4.1.3 实验方法51-52
• 4.1.4 有效相界面积a和液膜传质系数kL的计算52-53
• 4.2 实验结果与讨论53-58
• 4.2.1 强化气液传质微粒的筛选53-54
• 4.2.2 固含率对a, kL, kLa和E的影响54-55
• 4.2.3 固体微粒在不同进口气速下对a、kL、kLa和E的影响55-56
• 4.2.4 固体微粒在不同液相射流速度下对a、kL、kLa和E的影响56-57
• 4.2.5 微粒强化射-旋流体系气液传质机理探讨57-58
• 4.3 小结58-59
• 5 水力喷射空气旋流器除尘性能研究59-66
• 5.1 实验部分59-63
• 5.1.1 含尘气体的模拟59-60
• 5.1.2 实验装置60-61
• 5.1.3 水力喷射空气旋流器总除尘效率的计算61-62
• 5.1.4 实验条件的选择62
• 5.1.5 实验方法62-63
• 5.2 实验结果与讨论63-65
• 5.2.1 不同工作条件下WSA总的除尘效率63
• 5.2.2 高压降区域各操作参数对WSA总除尘效率的影响63-65
• 5.3 小结65-66
• 6 结论与建议66-68
• 6.1 研究结论66-67
• 6.2 存在的问题与建议67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果73-74

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本文编号：628182