试析液-液-固三相流传质理论和实验研究

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1、天津大学博士学位论文液-液-固三相流传质理论和实验研究姓名：杨建宇申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：李修伦2000.12.1一丕婆叁兰堕￡兰笪』二鉴—————————————————————一摘要侉相流过程已经广泛地用于石油化工、生物化工、环境工程、食品工程、制药工程等领域，成为这些领域中重要的反应或分离手段。现有的多相流研究主要集中在气一液一固三相体系，而对于液一液一固体系，目前还未见比较全面的报道Jr皋文对液一液一固三相体系的传质过程进行了深入地研究，研究的内容涉及到以下几个部分：1．对近二十年来多相流技术的应用及其现状进行

2、比较全厩的总结，对多相流过程的传质研究进行了分析和综述，’并提出了本文研究的基本思路；’2．对液一液平衡的计算方法进行了论述，在液一液平衡计算中，对煤油组份近似处理进行了分析。’。在不同的温度下测量了苯甲酸在水一煤油中的平衡分配，并用NRTL模型和uNIQuAC模型对实验数据进行了关联。结果表明，NRl、L模型能够较好地描述苯甲酸在水一煤油体系中的平衡，其计算值与实验值吻合良好，对于uNIQUAc模型，计算时程序不收敛：3对溶液吸附的理论模型进行了阐述，得到了多溶质情况下非理想溶液的相平衡模型，并结合水一煤油一活性炭三相体系对模型进行了

3、简化。对水一煤油一活性炭体系中的吸附平衡进行了测定，用Langmuir方程和Freundlich方程对实验数据进行了关联，结果表明，Langmuir方程和Freundlich方程均能很好地描述水一活性炭、煤油一活性炭的吸附等温线，比较而言，Langmuir方程的精确度要高一些；，’4．对于液一液～固三相体系分别提出了改进的拟均相模型和非均相模型。改进的拟均相模型则考虑了传质组分在活性炭微粒中的扩散，而非均相模型则考虑了液一液边界层中传质的不均匀性。对于非均相模型，本文首次提出将分散相液滴表面分成无颗粒粘附的前沿区和颗粒粘附区两部分，在液

4、滴的前沿区，边界层由连续相和悬浮的活性炭微粒组成，分别考虑边界层中活性炭微粒和连续相对传质的贡献。在粘附区，活性炭微粒以单层颗粒膜的形式覆盖在液一液界面上，这层颗粒膜与主体液相中的颗粒处于动态平衡之中；5分别对拟均相模型和非均相模型进行了计算，考察了表面更新频率5、活性炭浓度s以及活性炭微粒大小等有关参数对增强因子的影响，得到了模型的基本特征，并对模型特征进行详细的分析和讨论。’6在搅拌釜中对液一液一固三相体系的传质过程进行了研究，考察了体系的固含率、体系的搅拌强度以及水相中溶质的初始浓度对传质过程的影响。通过拟～级动力学速率法对实验数

5、据进行了处理，得到了各实验条件下的体积传质系数女。Ⅱ、体系的最大传质推动力(c0。一c。)以及传质增强因子晶，结果表明，传质增强因子昂随着固含率的增加而增大。体系的初始传质速率随着搅拌的强度的增强而增大，但增强因子民却随着搅拌的加强而有所减小。活性炭微粒越小，其传质系数和传质增强因子也越大。水相中溶质的初始浓度较高，其初始传质速率也较大，而初始浓度对传质增强因子岛的影响较为复杂，没有明显的规律。由拟均相模型得到的传质增强因子与实验值相比偏低，而考虑了活性炭微粒粘附的非均相模型与实验数据吻合较好。均相模型能够比较好地描绘强烈搅天}#人学博

6、L学位论文拌，且体系中的活性炭浓度较低的体系：7．对液一液一固三相体系在往复式振动筛板塔中的传质过程迸行了研究，考察了固含二簪、振动强度以及连续相的选择对传质过程的影响．＼结果表明，在活性炭浓度较低的情况卜，随着体系固含率的增加，传质效率、平均传质速率和体积传质系数＆。d也相应地增加，当固含率达到一定值时，传质效率、平均传质速率和体积传质系数k∥达到最大，之后随着固含率的增加，传质效率、平均传质速率和气日逐步减小。振动强度对传质的影响与固含率对传质的影响类似，当振动强度较低时，增加振动强度，传质效率和平均传质速率也相应地增加，达到最大值

7、后，随振动强度的增加，传质效率和平均传质速率逐步减小。考察了连续相的选择对传质的影响，结果表明，当以水相为连续相，料浆作为分散相时，活性炭的加入对传质过程具有阻碍作用；本文的研究结果对于液一液一固多相流体系的反应和分离过程的开发以及应用研究具有一定的指导意义。。tI／t。／关键词：多相流，传质：拟均相模型j非均相模型：液一液一固体系，吸附活性炭，颗粒粘附，往复式振动筛板塔丕堡盔兰堕圭堂焦堡兰——————————————————一AbstractMulti—phaSenowprocessactingasanhasbeenwideIyuse

8、dinpetrochemical，imponantmeansofreactionorseparatlonbiochemical’enviroment，foodstIlfrandphaHnacyindustr