超声波耦合旋转填充床反应器微观混合及传质性能研究
目前，化学工业过程正朝着高效节能、可持续、清洁安全的趋势发展。作为节能减排的重要途径之一，过程强化技术能通过对液液混合及相间传递过程的强化，解决选择性低、收率低、系统分离负荷大等过程问题，进而达到节能降耗的目的。过程强化技术可分为设备和工艺两个方向，超重力技术和超声波分别是这两方面的典型代表。 超重力技术的核心设备是旋转填充床（Rotating Packed Bed，简称RPB），它可以强化微观混合和传质性能。旋转填充床经过几十年的发展，研究的重点已转向其内构件的创新设计，如转子结构、液体分布器等。超声波依靠空化作用使液体中空化泡振荡、生长、收缩直至崩溃，继而产生一系列的机械效应和化学效应。机械效应带来的搅拌、微扰、湍动作用能大大加强混合和传质过程，且化学效应产生的高温高压，能改变反应的形态、速率等。 本课题在传统旋转填充床的基础上，从设备和工艺两个方面出发，首次将超声波探头作为定子引入到旋转床转子区域中，创新性地设计出一种新型的超声耦合旋转填充床反应器，利用超声的强化作用耦合旋转填充床对微观混合及气液传质过程进行研究: (1)本文首先对超声耦合旋转填充床反应器的结构特点进行了说明和描述，设计了分别用于液液混合和气液传质研究的液体分布器。并对其中4种用于液液混合研究的预混分布器进行了宏观混合性能模拟和分布器内停留时间计算。研究结果表明，停留时间较长的L-Distributor和O-Distributor的宏观混合性能较优;在具有相同停留时间的Y-Distributor中，90°-Y-Distributor的宏观混合性能优于60°-Y-Distributor。 (2)采用碘化物碘酸盐体系，对超声耦合旋转填充床反应器进行了微观混合性能研究。结果表明，对于4种预混分布器，装有90°-Y-Distributor的旋转填充床反应器微观混合性能最优。与非预混分布器相比，预混分布器有助于旋转填充床微观混合性能提高，且预混分布器对旋转填充床反应器微观混合性能影响是由其宏观混合性能和液体的停留时间共同决定的。安装到旋转填充床以后，并一步研究了超声波对装有90°-Y-Distributor预混分布器旋转填充床微观混合性能的影响。研究结果表明，超声耦合到旋转填充床之后，旋转填充床微观混合性能得到了一定幅度的提高，超声的强化作用对液液混合起到了促进作用;同时旋转填充床微观混合性能随着超声功率、转速、液量的增加而增加，随着H+浓度、流量比和粘度的增加而降低。 (3)采用NaOH吸收CO2为超声耦合旋转填充床反应器传质实验体系，研究了转速、液量、气量等因素对超声耦合旋转填充床反应器传质性能影响。结果表明，在超声的作用下，旋转填充床反应器传质性能得到了一定幅度的提高;随着旋转填充床转速、液量、气量的增大，旋转填充床的有效传质比表面积口和液相体积传质系数kLa都呈增大的趋势，且液量较大时超声作用较为明显。
旋转填充床反应器;超声波耦合;预混分布器;微观混合;气液传质;过程强化
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
初广文
2015
中文
TQ052;TQ021.4
81
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）