探究浆料体系中细颗粒增强气液传质研究

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1、天津大学博士学位论文浆料体系中细颗粒增强气液传质研究姓名：蔡旺锋申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：周明20030501天津大学博士学位论文中文摘要化工过程强化是传统化工发展的重要方向之～，微细颗粒加入到液相中形成的浆料能显著提高反应和／或传质速率，本文对具有趿附作用和反应活性的微细颗粒的气液传质增强作用进行了研究。浆料鼓泡塔中，气泡周围细颗粒的浓度分布及细颗粒在气泡上的附着效率是影响气液传质增强的重要因素，本文通过求解对流-扩散方程(Fokker-Planckequation)对此进行了定量的研究。结果表明，在不同的P6clet

2、数或气泡和颗粒粒径以及浆料体系的其它性质下，颗粒在气泡上的附着分别由对流和扩散两种机理所控制。此外，气泡的相对粘度对颗粒的附着影响显著。通过分析其增强气机理，本文建立了吸附剂颗粒强化气液传质的非均相、非稳态3．D模型，该模型考虑了气液近界面不同细颗粒对传质的相互作用的本质，能适应于颗粒在气液近界面分布较为复杂的体系。当浆料固含率大于1—2％时，3．D模型计算结果与1-D和2．D模型计算结果具有明显的差别，此时，应该采用前者来计算其增强因子。由于分散相在液膜内气液近界面的非均匀分布，采用单一网格形式难以对积分区域进行划分。本文通过建立复合

3、网格方法，简化了3一D偏微分方程的建立和求解。根据这种方法，整个偏微分方程积分区域被分成若干个由复合网格所覆盖的子区域，不同的子区域选择不同的坐标系和单元网格，组成复合网格的单元网格在它们相遇处重叠。本文研究了复合网格形成步骤和算法，并将之与有限差分方法相结合对3-D模型方程进行了求解。采用3．D模型对影响传质增强作用的系统参数进行了研究，结果表明，气液传质增强主要决定于距离气液界面较近的颗粒的作用。固液分配系数，第一层颗粒与气液界面的距离是影响气液传质增强的主要参数，增强因子随着颗粒粒径的减小几乎呈线形增加。此外，提出了浆料表观粘度影

4、响增强园子的校正因子为、厩。相互作用因子I定量的表述了液膜内不同细颗粒之间对气液传质增强的相互作用，研究发现它与液膜内颗粒间相对位置关系不大。将2．D模型结果采用相互作用因子修正后获得的局部增强因子结果与3．D模型相近，用该方法代替3．D模型计算宏观作用因子，不仅能大大的减小计算对闻，同对能更有效地处理液膜内细颗粒复杂分布时的增强问题。在搅拌槽内对由微溶Mg(OH)2颗粒作为分散相的反应性浆料增强吸收s02气体进行了实验研究，得到了1．0到5．2的增强园子，实验中浆料固含率和搅拌中文摘要速率范围分别为0≤s。≤5．0％和0≤Ⅳ。≤6，S

5、02气体分压和颗粒粒径分别为50kPa和5．74^删。对S02_—Mg(OH)2和CO厂1ca(OH)2吸收体系分别建立了三区域和二区域增强模型。模型的解析解表明，待传质组分分压、颗粒粒径和浆料固含率是影响增强作用的主要参数，增强因子随着颗粒粒径和待传质组分分压降低而增大，考虑近界面颗粒“惰性区”的影响并对表观粘度影响进行校正后的模型结果与实验结果具有良好的一致性。关键词：浆料体系，增强因子，气液传质，附着效率，复合网格丕堡查堂塑主芏垡堡苎ABSTRACTTheintensificationofchemicalengineeringpr

6、ocessisoneoftheimportantdevelopmentsthatgobeyondtraditionalchemicalengineering．Slurrysystemoffineparticlessuspendinginliquidcanincreasechemicalreactionrateand／ormasstransferrateremarkably．Thispaperdealswiththegas-liquidmassUansferenhancementoffreeparticleswithadsorptivea

7、ndreactiveactivities．Inslurrybubblecolumn，boththeconcentrationdistributionofparticlesnearthegas·liquidinterfaceandtheadhesionefficiencyofparticlestowardsthebubblesurfacehaveimportantinfluencesindeterminingtheenhancementofgas-liquidmasstransfer．Quantitativepredictionofdis

8、tributionfunctionandadhesionefficiencyofparticlesaroundarisingbubbleinslurrysystemsispresentedinthiswor