丝网填料表面微纳结构构筑及其对液体流动和气液传质的影响
发布时间：2021-08-03 08:52
旋转填充床是超重力过程强化技术的核心装备,其通过电机带动装填在转子内部的填料高速旋转,液体被剧烈切割分散从而强化传质及混合过程。经过多年的研究,旋转填充床的主体结构已基本成型,研究重点逐步转向“内构件”,如转子和填料等。其中填料作为反应器内部流体流动与传质的主要场所和媒介,显著影响反应器性能。在宏观层面上,已对旋转填充床填料已经进行了大量的研究,主要包括填料的丝径和孔径等特征尺寸、装填结构和形式、材质等对反应器性能的影响。近年来的初步研究发现,填料表面的微观特性对反应器性能亦有重要的影响,但其微观结构与宏观性能的影响机制尚未被深入认识。本文围绕填料表面微纳结构构筑及其对液体流动和旋转填充床气液传质的影响开展系统研究:首先发展了一种不锈钢丝网填料表面微纳结构构筑的新策略,实现了对填料表面浸润性的调变;采用高速摄像可视化技术,获得了液滴撞击不同表面微纳结构的单根丝、单层丝网以及多层丝网的流动行为科学规律;揭示了丝网填料表面微纳结构破碎和分散液体的强化机理,可指导旋转填充床的填料优化及传质性能强化。主要研究结论如下:1.发展了有机/无机复合材料表面微纳结构构筑的新策略,在不锈钢基底表面构筑了...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１旋转填充床基本结构示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＲＰＢ??
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?第一章绪论???比表面积大、孔隙率高及传质效率高等优点［２２］。不锈钢丝网规整填料由于其较低的成??本和高的机械强度，在工业领域得到广泛的应用。如图１－３?（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）所示为泡??沫规整填料，主要包含泡沫陶瓷、泡沫金属［２３，２４］以及泡沫碳化硅等［２５］。泡沫规整填料??对称性好、内部流场均匀，但其制备流程复杂，成本昂贵，工业应用较少。??（ａ）规整丝网填料?（ｂ）泡沫陶瓷填料?（ｃ）泡沫镍填料??圓瞧??（ｄ）碳化硅填料?（ｅ）不锈钢多孔波纹板填料?（ｆ）叶片式丝网填料??图１－３规整填料??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｐａｃｋｉｎｇ??为了满足不同的工业需求，基于丝网规整填料和泡沫规整填料特性，也衍生出许??多其他结构形式的填料，如不锈钢多孔波纹板填料［２６］、叶片式丝网填料等ｔ２＇其中叶??片式丝网填料能很好地解决传统旋转填充床中脱除挥发性有机物压降较大的问题，如??图１－３?（ｆ）所示。填料结构的不同，势必影响流体在填料内部的流体流动及传质性能??等。??１．２．３旋转填充床的流体流动研究??认知反应器内的流体流动特性是进行旋转填充床结构优化及新型填料的开发的??基础ｔ８，９，２８＾近年来，随着流体流动研宄技术的发展，旋转填充床内部流体流动特性的??研究也日益丰富。研究者从填料结构、不同物性等各个角度描述了其进展，本文拟从??观测技术的视角来阐述流体流动的研宂进展。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向海洋工程的超重力过程强化技术及应用[J]. 张亮亮,付纪文,罗勇,孙宝昌,邹海魁,初广文,陈建峰. 化工学报. 2020(01)
[2]旋转填充床反应器流体流动可视化研究进展[J]. 刘易,武威,罗勇,初广文,邹海魁,陈建峰. 化工学报. 2019(10)
[3]旋转填充床基础研究及工业应用进展[J]. 郭正东,苏梦军,刘含笑,李亚军,庆轶朝,罗勇,初广文,陈建峰. 化工进展. 2018(04)
[4]单液滴撞击超疏水冷表面的反弹及破碎行为[J]. 李栋,王鑫,高尚文,谌通,赵孝保,陈振乾. 化工学报. 2017(06)
[5]超重力反应强化技术最新进展[J]. 邹海魁,初广文,向阳,罗勇,孙宝昌,陈建峰. 化工学报. 2015(08)
[6]超双疏表面的构筑及研究进展[J]. 辛忠,张雯斐. 化工进展. 2015 (02)
[7]超重力场内气液传质强化研究进展[J]. 桑乐,罗勇,初广文,邹海魁,向阳,陈建峰. 化工学报. 2015(01)
[8]不同填料错流旋转填料床气液传质特性研究[J]. 祁贵生,刘有智,王焕,焦纬洲. 化学工程. 2014(05)
[9]超重力反应强化技术在酸性气体尾气处理中的工业应用[J]. 初广文,罗勇,邹海魁,赵宏,邵磊,陈建峰. 化学反应工程与工艺. 2013(03)
[10]旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展[J]. 张建文,高冬霞,李亚超,陈建峰. 化工学报. 2013(01)
博士论文
[1]耐久性超疏水表面制备及其浸润性能研究[D]. 职晶慧.华南理工大学 2019
[2]旋转圆盘反应器流体流动与性能研究[D]. 吴相森.北京化工大学 2018
[3]旋转填充床流体流动可视化与传质模型研究[D]. 桑乐.北京化工大学 2017
[4]透明自清洁玻璃和油水分离滤网的制备与研究[D]. 张锋.苏州大学 2017
[5]超疏水表面微结构对其疏水性能的影响及应用[D]. 张泓筠.湘潭大学 2013
硕士论文
[1]液柱撞击单层旋转不锈钢丝网流动特性的实验与模拟研究[D]. 徐迎春.北京化工大学 2019
[2]亲疏水组合填料旋转填充床传质及微观混合性能研究[D]. 鹿艳祯.北京化工大学 2019
[3]壁面浸润性对液滴撞击液面行为的影响[D]. 李享.华北电力大学(北京) 2019
[4]微墨滴撞击光滑陶瓷曲面的铺展研究[D]. 石庆杰.北京印刷学院 2019
[5]表面疏水不锈钢丝网填料的制备及其对液体分散的影响[D]. 仉景鹏.北京化工大学 2017
[6]分段进液式旋转填充床气相CFD模拟及传质研究[D]. 武威.北京化工大学 2017
[7]聚四氟乙烯填料旋转填充床传质及微观混合性能研究[D]. 陈秋韵.北京化工大学 2017
[8]泡沫镍填料旋转填充床传质性能研究[D]. 郑晓华.北京化工大学 2016
[9]定—转子反应器中的流体流动和可视化研究[D]. 王思文.北京化工大学 2016
[10]组合式转子超重力旋转床传质特性及脱硫应用研究[D]. 方晨.北京化工大学 2016
本文编号：3319327
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１旋转填充床基本结构示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＲＰＢ??
?北京化工大学博士学位论文???液体进口??外壳?ｙ?ｉ气体出Ｕ??〔体迸?Ｕ??ｊｐｙｐ＾＾??液Ｚ?ｗ转＋??转轴??图１－１旋转填充床基本结构示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＲＰＢ??１．２．２旋转填充床的填料??填料是旋转填充床的核心内构件之一。多年来，填料不断地创新与发展，出现了??多种形式。若根据填料结构的不同，可以划分为散装填料和规整填料［ｉ７，ｗ。??散装填料即为任意堆放（未按照一定几何结构）的填料，如图１－２所示。散装填??料按形状不同可分为球形、拉西环及三角螺旋等［９，１８，４。按材质分为陶瓷、金属及塑??料等，其中陶瓷填料耐温与耐腐蚀性能优越，但軔性较差；金属填料强度大，应用相??对广泛，但其对转子的旋转载荷要求较高；塑料填料耐腐蚀、质量轻、韧性高，但其??仅适用于中低温条件散装填料应用在旋转填充床中常存在装填耗时及转动稳定??性较差等不足。■??？删??（ａ）球形氧化铝填料?（ｂ）拉西环填料?（ｃ）三角螺旋填料??图１－２散装填料??Ｆｉｇ．?１－２?Ｒａｎｄｏｍ?ｐａｃｋｉｎｇ??规整填料具备规则的几何结构，以一体化方式装填在旋转填充床转子内，整体拆??装快速，动平衡性能好［２１］。图１－３?（ａ）为常见的不锈钢丝网规整填料，该类填料具有??２??
?第一章绪论???比表面积大、孔隙率高及传质效率高等优点［２２］。不锈钢丝网规整填料由于其较低的成??本和高的机械强度，在工业领域得到广泛的应用。如图１－３?（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）所示为泡??沫规整填料，主要包含泡沫陶瓷、泡沫金属［２３，２４］以及泡沫碳化硅等［２５］。泡沫规整填料??对称性好、内部流场均匀，但其制备流程复杂，成本昂贵，工业应用较少。??（ａ）规整丝网填料?（ｂ）泡沫陶瓷填料?（ｃ）泡沫镍填料??圓瞧??（ｄ）碳化硅填料?（ｅ）不锈钢多孔波纹板填料?（ｆ）叶片式丝网填料??图１－３规整填料??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｐａｃｋｉｎｇ??为了满足不同的工业需求，基于丝网规整填料和泡沫规整填料特性，也衍生出许??多其他结构形式的填料，如不锈钢多孔波纹板填料［２６］、叶片式丝网填料等ｔ２＇其中叶??片式丝网填料能很好地解决传统旋转填充床中脱除挥发性有机物压降较大的问题，如??图１－３?（ｆ）所示。填料结构的不同，势必影响流体在填料内部的流体流动及传质性能??等。??１．２．３旋转填充床的流体流动研究??认知反应器内的流体流动特性是进行旋转填充床结构优化及新型填料的开发的??基础ｔ８，９，２８＾近年来，随着流体流动研宄技术的发展，旋转填充床内部流体流动特性的??研究也日益丰富。研究者从填料结构、不同物性等各个角度描述了其进展，本文拟从??观测技术的视角来阐述流体流动的研宂进展。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向海洋工程的超重力过程强化技术及应用[J]. 张亮亮,付纪文,罗勇,孙宝昌,邹海魁,初广文,陈建峰. 化工学报. 2020(01)
[2]旋转填充床反应器流体流动可视化研究进展[J]. 刘易,武威,罗勇,初广文,邹海魁,陈建峰. 化工学报. 2019(10)
[3]旋转填充床基础研究及工业应用进展[J]. 郭正东,苏梦军,刘含笑,李亚军,庆轶朝,罗勇,初广文,陈建峰. 化工进展. 2018(04)
[4]单液滴撞击超疏水冷表面的反弹及破碎行为[J]. 李栋,王鑫,高尚文,谌通,赵孝保,陈振乾. 化工学报. 2017(06)
[5]超重力反应强化技术最新进展[J]. 邹海魁,初广文,向阳,罗勇,孙宝昌,陈建峰. 化工学报. 2015(08)
[6]超双疏表面的构筑及研究进展[J]. 辛忠,张雯斐. 化工进展. 2015 (02)
[7]超重力场内气液传质强化研究进展[J]. 桑乐,罗勇,初广文,邹海魁,向阳,陈建峰. 化工学报. 2015(01)
[8]不同填料错流旋转填料床气液传质特性研究[J]. 祁贵生,刘有智,王焕,焦纬洲. 化学工程. 2014(05)
[9]超重力反应强化技术在酸性气体尾气处理中的工业应用[J]. 初广文,罗勇,邹海魁,赵宏,邵磊,陈建峰. 化学反应工程与工艺. 2013(03)
[10]旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展[J]. 张建文,高冬霞,李亚超,陈建峰. 化工学报. 2013(01)
博士论文
[1]耐久性超疏水表面制备及其浸润性能研究[D]. 职晶慧.华南理工大学 2019
[2]旋转圆盘反应器流体流动与性能研究[D]. 吴相森.北京化工大学 2018
[3]旋转填充床流体流动可视化与传质模型研究[D]. 桑乐.北京化工大学 2017
[4]透明自清洁玻璃和油水分离滤网的制备与研究[D]. 张锋.苏州大学 2017
[5]超疏水表面微结构对其疏水性能的影响及应用[D]. 张泓筠.湘潭大学 2013
硕士论文
[1]液柱撞击单层旋转不锈钢丝网流动特性的实验与模拟研究[D]. 徐迎春.北京化工大学 2019
[2]亲疏水组合填料旋转填充床传质及微观混合性能研究[D]. 鹿艳祯.北京化工大学 2019
[3]壁面浸润性对液滴撞击液面行为的影响[D]. 李享.华北电力大学(北京) 2019
[4]微墨滴撞击光滑陶瓷曲面的铺展研究[D]. 石庆杰.北京印刷学院 2019
[5]表面疏水不锈钢丝网填料的制备及其对液体分散的影响[D]. 仉景鹏.北京化工大学 2017
[6]分段进液式旋转填充床气相CFD模拟及传质研究[D]. 武威.北京化工大学 2017
[7]聚四氟乙烯填料旋转填充床传质及微观混合性能研究[D]. 陈秋韵.北京化工大学 2017
[8]泡沫镍填料旋转填充床传质性能研究[D]. 郑晓华.北京化工大学 2016
[9]定—转子反应器中的流体流动和可视化研究[D]. 王思文.北京化工大学 2016
[10]组合式转子超重力旋转床传质特性及脱硫应用研究[D]. 方晨.北京化工大学 2016
本文编号：3319327
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