旋转床内传质过程的模型化研究

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1、北京化工大学博士学位论文旋转床内传质过程的模型化研究姓名：李振虎申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：郑冲2000.5.1摘要(旋转床是七十年代末出现的一种用于传质和反应的高效化工设备，它在工业上有着十分广阔的应用前景。有关旋转床内液相控制的传质过程，已有一定数量的研究结果发表，但沿旋转床径向传质的模型化及浓度分布的实际测量结果尚未见报道。根据旋转床内的气一液流动情况，提出了描述旋转床填料层内气一液传质模型。该模型的特点是根据旋转床内气、液相流动的特性，考虑了表面吸附和微小雾滴的过饱和蒸气压对旋转床传质过程的重大影响，并揭示出旋转床中气液界面上气、液相

2、浓度是处于不平衡状态。采用控制容积法将模型推导出的液滴和液膜的传质方程离散化，并分别给出了其数值解法。’为了验证模型的正确性，体文以水吸收空气中的so：为体系，这是一个气液两相对传质阻力均有影响的吸收过程，用安装在旋转床填料层不同径向位置的自制电导探头测定逆流和并流操作条件下旋转床填料层内径向的浓度分布。研究了液体流量、气体流量、转速和气相进口中二氧化硫含量四个因素对旋转床填料层内径向浓度分布和径向体积传质系数分布的影响。研究结果表明：1．逆流旋转床填料层内的体积传质系数在填料层的入IEl处有一极大值，说明在此处为液榍端效应区。离开液相端效应区后，体积传质

3、系数随填料层半径逐渐增大，在接近转子的外缘处时，体积传质系数迅速增大，这与液相控制的传质过程相反，说明在填料层的外缘处存在一个气相端效应区：并流时旋转床内的体积传质系数在填料层内缘处迅速增大，说明并流时气、液两相端效应区都集中在填料层内缘处，离开端效应区后，随填料层半径逐渐减小≯2．转速和气体流量对旋转床填料层内的体积传质系数影响较大，1凌体流量和气相中二氧化硫浓度影响不大。对逆流和并流操作时旋转床气相压降的研究结果表明：1旋转床的干床和湿床压降与气量的平方成正比：并流与逆流操作时旋转床的干床和湿床压降随转速的变化规律相反，即并流时转速增大床压降减小，而逆

4、流操作时转速增大床压降增大；2．在实验范围内，并流和逆流操作时，旋转床的湿床压降小于干床压降，且随液量的增大略有减小；3．模拟结果与实验结果吻合很好，模型能较好地解释实验现象。利用本文所提出的气一液传质模型对逆流和并操作时旋转床填料层内的传质过程进行模拟，模拟结果说明了旋转床内气、液两相处于强湍动状态以及表面吸附和微小雾滴的过饱和蒸气压对传质过程有重大影响；揭示出在旋转床中气液界面处于不平衡状态。(模拟结果与实验结果相一致，模型能较好地反映液量、气量、转速和气相迸亩浓度对旋转床传质过程影响的规律肆在以上研究的基础上，在淄博硫酸厂进行了旋转床吸收硫酸厂尾气中

5、二氧化硫的工业侧线研究．f研究结果表明：1．无论是液相中含铵盐量商还是低，气体中s仉浓度高还是低j平衡度都接近于100％，用传统的泡沫塔，平衡度仅为80％左右；2．排放气中S02浓度都达到小于300ppm的要求，甚至于能小于50ppm；3．与传统塔技术相比节省投资42％、节省占地50％、能耗降低25％，经济效益明显；4．提出了适合于两段吸收的并、逆流相结合的旋转床新构思。I、)r-关键词：旋转床“传质浓度分布一表面吸附√微小雾滴j过饱和蒸气压。不平衡～模型7Ⅱj匕塞他王太堂埴±堂僮途塞ABSTRACTRotatingpackedbed(RPB)，anewh

6、igh-performanceequipment，usedtointensifymasstram；ferandtransferrelatedchemicalreactions．whichappearedintheendof70shasbrightprospecti11industriesResearchesofmasstransferofliquid—phasecontrolledsystemsinRPBhadbeenreported，butalongradiusdirectionofrotatingpackedbedmass-transfercoe币ci

7、entandconcentrationdistributionmeasurementshavenotbeenreportedBasedontheflowstatusofliquidandgasinRPB．amodeldescribethegas—liquidmass-transferinthepackingofRPBispresentedThephenomenonofsurfaceabsorptionandsupersaturatedvaDorpressureofliquidmistaffectingmass—transferinRPBgreatlyhav

8、ebeenconsideredGas．1iquidinter．ph