旋流吸收器强化吸收过程的研究

摘要

本文从组分质量守恒方程出发，根据分散液相不同的运动传质形态建立了旋流吸收器内伴有化学反应的气液吸收传质模型。该模型与Danckwerts的表面更新模型在表达形式上是完全一致的，并且克服了前人由于只考虑稳态的扩散传质，没考虑对流和非稳态传质而使模型具有的局限性，因而得到的模型能够更好地描述旋流吸收器中的气液吸收过程。 该传质模型指出，旋流场中的传质速率正比于扩散系数D和表面更新率S乘积的平方根，已有的实验结果也验证了这个正比关系。从实验结果来看，本文所设计的旋流吸收器与目前其它一些主要气液吸收装置相比有明显的优势：就吸收性能而言，本设备的液相传质系数和比相界而积两个指标均比一般的塔设备高出几倍，与旋转填料床等动态超重力设备相比，吸收性能不相上下，但由于其本身是静态设备。因而在设备的制造、运行和维护上更加方便。 在此基础上，本文探讨了旋流吸收器强化传递过程的机理，并尝试利用CFD软件对旋流场中的甲相及多相流动进行了仿真研究，提山了一些优化方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1各种典型的气液吸收装置及其评价

1.1.2超重力技术的发展与新型气液吸收设备的出现

1.2课题研究目的和意义

1.2.1研究的目的

1.2.2研究的意义

1.3应用概述

1.3.1应用概述

1.3.2工作原理

1.4国内外研究综述

1.5本课题主要研究的内容

参考文献

第2章旋流吸收器中流场研究与CFD简介

2.1旋流场内单相速度描述

2.2旋流场内两相流动力分析

2.2.1液相颗粒的受力分析

2.2.2液相颗粒的运动分析

2.2.3液相颗粒运动方程的求解及讨论

2.2.4液相颗粒径向和轴向运动停留时间

2.3计算流体动力学(CFD)简介及其基础理论

2.3.1计算流体动力学简介

2.3.2 CFD基础理论

2.3.3湍流的数值模拟方法简介

本章小结

参考文献

第3章旋流吸收器中气液吸收理论概述及数学模型的建立与求解

3.1传质理论基础

3.1.1分子扩散的数学描述

3.1.2对流传质的数学描述

3.1.3传质微分方程

3.1.4相际间对流传质模型

3.2气液吸收时的气液平衡关系

3.2.1气液平衡

3.2.2影响溶解度的因素

3.2.3气液平衡关系的表述——亨利定律

3.3旋流吸收器中气液吸收数学模型的建立和求解

3.3.1液滴的传质模型和求解

3.3.2液丝的传质模型和求解

3.3.3液膜的传质模型和求解

3.3.4三种模型进一步讨论及验证

3.4温度和气相分压力对传质的影响

3.4.1温度对传质的影响

3.4.2气相分压力对传质的影响

本章小结

参考文献

第4章旋流吸收器的设计与实验研究

4.1实验目的及方法

4.1.1实验目的

4.1.2吸收实验的具体任务及完成方案

4.1.3实验方法

4.2实验装置的设计

4.2.1旋流器的设计计算

4.2.2液滴的雾化和雾化喷头的选型与计算

4.2.3实验所需的各种设备、仪器、管道及零件的选用

4.3实验结果与讨论

4.3.1实验初始数据与CO2的吸收速率GA及吸收效率η的计算

4.3.2比相界面积a的计算

4.3.3液相物理吸收传质系数kL的计算

4.4SO2与CO2两者间的吸收反应比较

本章小结

参考文献

第5章旋流吸收器中计算流体动力学仿真研究

5.1旋流吸收器中气相流场的CFD仿真研究

5.1.1旋流吸收器CFD仿真具体方法的探讨

5.1.2 CFD计算结果的验证、比较与最佳模拟方案的确定

5.2雾化喷嘴中液相的CFD仿真研究

5.2.1雾化喷嘴中液相的CFD仿真研究

5.2.2 CFD计算结果的验证与讨论

5.3气液两相流场的CFD仿真研究

5.3.1多相流的分类

5.3.2气液两相流CFD模型的选择与计算结果的讨论

本章小结

参考文献

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢