组合式转子超重力旋转床传质特性及脱硫应用研究

发布时间：2017-08-30 07:45

  本文关键词：组合式转子超重力旋转床传质特性及脱硫应用研究

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【摘要】：超重力旋转床(英文Rotating Packed Bed,简称RPB)是一种强化化学工业过程的新型反应器。它通过离心力场模拟超重力环境,将液体剪切、高度分散,增加了传质比表面积,提高了液体表面更新速率,能极大的强化气-液传质过程,常应用于精馏和吸收等工业过程。目前旋转床的主体结构已经定型,内构件的研究成为发展的核心,如转子结构的创新设计、液体分布器的优化等。在某些化工过程中,由于产物为固体颗粒或是从外部带来的气体含有大量灰尘,容易造成填料的堵塞。传统的超重力旋转床一般在转子内部安装致密的金属丝网,丝网孔径较小,丝网层较密,生成的固体颗粒易于堆积在丝网填料内部,造成气液流通途径的阻塞,不仅削弱传质,且严重时需停机清洗。不但影响了生产,同时也增加了清理设备的费用。为了解决这一问题,在前人旋转床转子结构设计的基础上,本论文提出了新型的组合式转子,即在转子径向方向组合不同的结构,以期达到防堵的目的。主要研究内容如下：1、在保证传质能力的条件下,设计更加防止阻塞的转子结构。以NaOH溶液吸收CO2为传质研究实验体系,考察转速、液量以及气量对组合式转子超重力旋转床传质的影响规律。结果表明,有效传质比表面积ae和液相体积传质系数kLae随转速、液量、气量的增加而增加。组合式转子内丝网填料占比越大,其传质效果越好。2、为了构建旋转床内转子区的液相传质模型,需要将转子区分为填料区和立柱区两个部分。根据表面更新理论建立模型,需要得到立柱区的持液量εL,因此,本文利用X-ray CT扫描技术对立柱区的持液量进行基础研究,并利用扫描技术的可视化效果,感性地了解到转子区内液体的流动情况。结果表明,持液量随转速的增加而减小,随液量的增加而增加；丝网填料区的持液量要远远高于立柱区,在丝网填料区可见明显的液体分布不均现象。通过实验数据构建立柱区的持液量关联式,代入传质数学模型中计算,得到的预测值与实验值进行对比,其正负误差在15%的范围内。3、基于实验结果,转子2与转子3的传质性能相差不多,且转子2有望在牺牲少量传质的前提下达到防堵的目的,因此选择转子2和转子3进行石膏法脱除SO2气体的应用研究。考察转速、进气口浓度、以及气液比对SO2脱除率的影响,同时对比两个转子的脱硫效果。结果表明SO2脱除率随转速增加而增加,随气体进口浓度和气液比的增大而减小,且装有转子3的超重力旋转床脱硫率略大于装有转子2。
【关键词】：超重力旋转床 防阻塞 组合式转子 传质研究
【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】：TQ051.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 文献综述16-32
• 1.1 前言16
• 1.2 超重力技术简介16-20
• 1.2.1 超重力旋转床的发展历史16-17
• 1.2.2 超重力旋转床的基本结构和原理17-20
• 1.3 超重力旋转床的基础研究20-25
• 1.3.1 超重力旋转床压降20-22
• 1.3.2 超重力旋转床持液量22-23
• 1.3.3 超重力旋转床传质性能23-25
• 1.4 超重力旋转床的应用研究25-29
• 1.4.1 聚合物脱挥26
• 1.4.2 精馏26
• 1.4.3 氮氧化物脱除26-27
• 1.4.4 纳米材料制备27
• 1.4.5 水脱氧技术27
• 1.4.6 脱硫27-29
• 1.5 CT扫描技术29-30
• 1.6 论文研究目的和内容30-32
• 1.6.1 本论文研究目的30
• 1.6.2 本论文研究内容30-32
• 第二章 组合式转子超重力旋转床传质性能实验研究32-52
• 2.1 引言32
• 2.2 实验体系及数据处理方法32-35
• 2.2.1 转子区有效传质比表面积a_e的计算32-34
• 2.2.2 转子区液相体积传质系数k_La_e的计算34
• 2.2.3 转子区单位压降的液相体积传质系数k_La_e·△P~(-1)的计算34-35
• 2.3 实验装置与流程35-41
• 2.3.1 转子设计35-36
• 2.3.2 实验装置36-39
• 2.3.3 实验流程39-41
• 2.4 结果与讨论41-51
• 2.4.1 转速对超重力旋转床转子区有效传质比表面积a_e的影响41-42
• 2.4.2 液体流量对超重力旋转床转子区有效传质比表面积a_e的影响42-43
• 2.4.3 气体流量对超重力旋转床转子区有效传质比表面积a_e的影响43-44
• 2.4.4 转子区中有效传质比表面积a_e的拟合关联式44-45
• 2.4.5 转速对超重力旋转床转子区液相体积传质系数k_La_e的影响45-46
• 2.4.6 液体流量对超重力旋转床转子区液相体积传质系数k_La_e的影响46
• 2.4.7 气体流量对超重力旋转床转子区液相体积传质系数k_La_e的影响46-47
• 2.4.8 压降△P和单位压降的液相体积传质系数k_La_e·△P~(-1)的变化规律47-51
• 2.5 本章小结51-52
• 第三章 组合式转子超重力旋转床传质模型构建52-68
• 3.1 引言52
• 3.2 组合式转子超重力旋转床传质模型构建52-56
• 3.3 CT扫描原理及持液量的计算56
• 3.4 CT扫描实验装置与流程56-60
• 3.4.1 实验用转子结构56-57
• 3.4.2 实验装置57-58
• 3.4.3 实验流程58
• 3.4.4 CT扫描系统仪器和实验步骤58-60
• 3.5 结果与讨论60-67
• 3.5.1 可视化分析60-62
• 3.5.2 定量分析62-65
• 3.5.3 立柱区持液量关联式的建立65-66
• 3.5.4 传质模型的验证66-67
• 3.6 本章小结67-68
• 第四章 组合式转子超重力旋转床脱硫应用研究68-76
• 4.1 引言68
• 4.2 实验原理68-69
• 4.3 实验装置与流程69-71
• 4.3.1 实验装置69
• 4.3.2 实验流程69-71
• 4.4 数据处理71-72
• 4.5 结果与讨论72-75
• 4.5.1 丝网结晶量72-73
• 4.5.2 转子转速对SO_2脱除率的影响73
• 4.5.3 进口SO_2浓度对SO_2脱除率的影响73-74
• 4.5.4 气液比对SO_2脱除率的影响74-75
• 4.6 本章小结75-76
• 第五章 结论与建议76-78
• 5.1 结论76-77
• 5.2 建议77-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-86
• 研究成果及发表学术论文86-88
• 作者和导师简介88-90
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书90-91

【参考文献】

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本文编号：758099