错流与逆流旋转填料床传质性能对比研究

发布时间：2017-04-08 07:03

  本文关键词：错流与逆流旋转填料床传质性能对比研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超重力旋转填料床(RPB)是超重力技术实现的载体设备,是通过填料高速旋转产生离心力场强化气液间的扰动作用,以提高气液间传质效率。RPB对气液间传质过程具有明显的强化作用,其传质系数较重力场传质设备可提高1~2个数量级。错流与逆流作为旋转填料床最为常用的两种结构,气液接触方式及流场分布存在显著差异,因此其传质性能各不相同。研究者们分别对错流与逆流RPB气液传质特性进行研究,其中传质对比研究结果存在较大差异,这是由于研究过程忽略设备尺寸、研究体系及参数范围的不同,直接将实验结果进行对比。且多数采用转速、气量和液量等与设备尺寸相关的操作参数,研究结果通用性不强。本文搭建错流与逆流RPB传质性能对比研究平台,以实验室自主设计的两台转子尺寸相近的错流与逆流RPB作为实验研究设备,选取实验范围:气速u(0~2.03)m/s,液体喷淋密度q(0~33)m3/(m2·h),超重力因子β(0~250),气体停留时间t(0.02~0.27)s,选取丝网填料及散装星形填料,以CO2~NaOH溶液为实验体系,采用化学吸收法对两种结构RPB气液传质性能进行实验研究。以有效传质比表面积ae、液相体积传质系数kLa表征传质效果,系统研究了丝网填料错流与逆流RPB传质特性。结果表明:q对错流与逆流RPBae影响最为显著,u对错流RPBk La影响最为显著。两种结构RPBkLa及ae均随u、q及β增加而增大,kLa随t增加先平缓增加后迅速下降;ae随t增大而降低。得到丝网错流与逆流RPB最适宜的操作条件:u=1.69m/s,q=32.00 m3/(m2·h),β=104.00,t=0.100s(错流);u=0.91m/s,q=32.89m3/(m2·h),β=163.05,t=0.097s(逆流)。当q9m3/(m2·h)或t0.17s时,错流RPBae及kLa大于逆流,其余操作条件下逆流RPBae及k La均大于错流。相同操作条件下对比两种填料结构错流与逆流RPB的传质特性。实验得出:丝网填料传质性能优于散装星形填料,得到散装星形填料RPB最优操作条件:u=1.35m/s,q=32 m3/m2·h,β=104.35(错流);u=1.09m/s,q=32 m3/m2·h,β=104.35(逆流)。与不同文献ae及kLa进行对比,本实验所得两种填料结构错流与逆流RPBae约为文献4倍,kLa约为文献3.44~4.30倍,即本实验错流与逆流RPBae及kLa均大于实验室规模RPB,说明超重力技术应用于设备放大具有正效应。分别对错流与逆流RPB的ae及kLa与液相雷诺数ReL,液相格拉晓夫数Gr L,液相施密特数ScL,液相弗鲁德数FrL,液相韦伯数WeL之间建立无因次关联式:错流:k_La=1.822(a_tD_L/d_p)Re_L~(0.6371)Gr_L~(0.0548)Sc_L~(0.0623);a_e/a_t=2981Re_L~(0.2349)Fr_L~(-0.045)We_L~(0.5023)φ~(-0.5)逆流:k_La=2.718(a_tD_L/d_p)Re_L~(0.8945)Gr_L~(0.0027)Sc_L~(0.2669);a_e/a_t=665.1Re_L~(1.2739)Fr_L~(-0.1587)We_L~(0.1791)φ~(0.67)得到关联式量纲1数取值范围。所得关联式与实验数据相关性较好,可为RPB工业应用提供传质基础数据。本文对比错流与逆流RPB传质性能差异并探究不同填料结构对于RPB传质特性的影响规律,旨在为RPB设计选型及工业应用提供理论与实践依据。
【关键词】：旋转填料床 错流 逆流 传质性能 丝网填料
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.4
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 1 文献综述12-29
• 1.1 引言12
• 1.2 超重力技术简介12-17
• 1.2.1 超重力技术的产生13
• 1.2.2 旋转填料床的结构13-15
• 1.2.3 旋转填料床的特点15
• 1.2.4 旋转填料床的应用15-17
• 1.3 旋转填料床传质性能研究进展17-27
• 1.3.1 错流与逆流旋转填料床传质模型的研究进展17-19
• 1.3.2 错流与逆流旋转填料床传质实验研究进展19-27
• 1.4 本课题的研究目的、意义及内容27-29
• 1.4.1 本课题的研究目的及意义27-28
• 1.4.2 本课题研究内容28-29
• 2 旋转填料床传质特性理论分析29-35
• 2.1 CO_2 ~ NaOH溶液体系气液传质理论29-30
• 2.2 有效传质比表面积的测定30-31
• 2.3 总液相体积传质系数的测定31-35
• 2.3.1 气液逆流接触传质系数测定32-33
• 2.3.2 气液错流接触传质系数测定33-35
• 3 错流旋转填料床传质特性实验研究35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 实验条件35
• 3.3 实验装置及方案35-40
• 3.3.1 实验仪器及设备35-36
• 3.3.2 实验药品36-37
• 3.3.3 CO_2~NaOH传质实验流程图37
• 3.3.4 操作参数计算37-38
• 3.3.5 实验方案38-39
• 3.3.6 实验步骤39-40
• 3.3.7 分析检测手段40
• 3.4 实验结果与讨论40-49
• 3.4.1 传质正交实验结果40-42
• 3.4.1.1 正交试验设计点40-41
• 3.4.1.2 正交试验结果分析41-42
• 3.4.2 单因素实验结果42-44
• 3.4.2.1 气速对k_La和a_e的影响42-43
• 3.4.2.2 液体喷淋密度对k_La和a_e的影响43
• 3.4.2.3 超重力因子对k_La和a_e的影响43-44
• 3.4.2.4 气体停留时间对k_La和a_e的影响44
• 3.4.3 不同填料结构传质特性44-47
• 3.4.3.1 不同填料结构总体积传质系数对比45-46
• 3.4.3.2 不同填料结构有效传质比表面积对比46-47
• 3.4.4 传质关联式建立47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 4 逆流旋转填料床传质特性实验研究51-62
• 4.1 引言51
• 4.2 实验部分51-52
• 4.2.1 实验设备及流程51
• 4.2.2 实验相关参数51-52
• 4.2.3 实验内容52
• 4.3 实验结果与讨论52-60
• 4.3.1 正交试验52-54
• 4.3.1.1 正交试验结果分析52-54
• 4.3.2 单因素实验结果54-57
• 4.3.2.1 气速对k_La和a_e的影响54-55
• 4.3.2.2 液体喷淋密度对k_La和a_e的影响55
• 4.3.2.3 超重力因子对k_La和a_e的影响55-56
• 4.3.2.4 气体停留时间对k_La和a_e的影响56-57
• 4.3.3 不同填料结构传质特性对比57-59
• 4.3.3.1 两种填料结构逆流RPB总体积传质系数对比57-58
• 4.3.3.2 两种填料结构逆流RPB有效传质比表面积对比58-59
• 4.3.4 传质关联式建立59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 错流与逆流旋转填料床传质特性对比62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 错流与逆流旋转填料床相关参数62-63
• 5.3 错流与逆流旋转填料床传质特性对比63-72
• 5.3.1 有效传质比表面积对比63-66
• 5.3.2 液相总体积传质系数对比66-69
• 5.3.3 与不同文献实验结果对比69-70
• 5.3.4 综合性能对比70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 6 不同填料结构错流与逆流旋转填料床传质特性对比73-85
• 6.1 引言73-74
• 6.2 实验部分74-75
• 6.2.1 实验设备及流程74
• 6.2.2 实验相关参数74-75
• 6.3 实验结果与讨论75-83
• 6.3.1 气速对a_e、k_La、H_(OL)及 △ P/k_La的影响75-78
• 6.3.2 液体喷淋密度对a_e、k_La、H_(OL)及 △ P/k_La的影响78-79
• 6.3.3 超重力因子对a_e、k_La、H_(OL)及 △ P/k_La的影响79-82
• 6.3.4 与不同文献实验结果对比82-83
• 6.4 本章小结83-85
• 7 总结85-87
• 7.1 结论85-86
• 7.2 创新点86
• 7.3 不足与建议86-87
• 附录87-93
• 参考文献93-99
• 攻读硕士学位期间所取得的成果99-100
• 致谢100-101

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本文编号：292301