新型文丘里气泡发生器的气泡尺寸和传质性能研究
微气泡（1～1000微米）相较于宏气泡（＞1000微米），具有尺寸小、比表面积大、停留时间长、溶解速度快、表面吸附性好等优点，被广泛用于废水处理、水产养殖、矿物浮选、熔盐核反应堆等领域。在石油化工领域，通过生成微气泡可增加气液相间传质面积，提高传质速率，实现过程强化。文丘里气泡发生器依靠较小喉部产生的高速液体射流剪切破碎气体，是一种较为常见的微气泡产生设备。本文针对文丘里气泡发生器存在的气泡尺寸较大及能耗高等不足，通过结构创新研究，构建和设计新型文丘里气泡发生器，以期减小气泡尺寸，降低压降能耗，提高传质速率。 本文设计了两种不同类型（旋流文丘里气泡发生器、双旋流气泡发生器）的新型文丘里气泡发生器进行结构优化。在N2-水体系下，采用高速摄像可视化手段探究液体流量、气体流量、结构类型及参数对气泡发生器气泡索特平均直径的影响规律，同时测定气泡发生器的压降;对不同类型气泡发生器的气泡索特平均直径和压降进行综合对比，确定较优的结构。在此基础上，采用动态溶氧法测定气泡发生器的液相体积传质系数，并计算综合液相体积传质系数，进一步考察较优结构的传质性能。主要研究结果如下: 1.气泡索特平均直径随液体流量的增加而减小，随气体流量的增加而增大。旋流文丘里存在旋流尾流，气泡索特平均直径为添加破涡挡板的旋流文丘里的104.1％～224.6％;dth=16.3 mm的添加破涡挡板的旋流文丘里的气泡索特平均直径为典型文丘里的36.0％～63.2％,为较优结构。双旋流气泡发生器中，反向旋流结构消除了旋流尾流，气泡索特平均直径为同向旋流结构的54.8％～98.3％,径向分散宽度较大。 2.液相体积传质系数随液体流量和气体流量的增加而增大。典型文丘里、旋流文丘里、添加破涡档板的旋流文丘里三种结构中，添加破涡档板的旋流文丘里传质效果最好，且喉部直径越小，液相体积传质系数越高;双旋流气泡发生器中，反向旋流结构液相体积传质系数为同向旋流结构的109.9％～127.6％,传质效果较好。 3.典型文丘里气泡发生器、添加破涡档板的旋流文丘里气泡发生器、双旋流气泡发生器三种结构中，添加破涡档板的旋流文丘里气泡发生器压降最小，综合液相体积传质系数相较于典型文丘里提高了 8.7％～157.2％,能耗成本最低。双旋流气泡发生器相较于文丘里气泡发生器，在气泡索特平均直径相当的条件下降低了压降能耗，综合液相传质系数提高了32.9％～68.7％。
文丘里气泡发生器;优化设计;气泡尺寸;传质性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
罗勇
2023
中文
TH702
2023-10-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）