反应性固体颗粒增强气液传质研究

摘要

化工过程强化是实现化工生产过程高效、节能与减排等目标的重要手段，也是传统化工发展的重要方向之一。本文对反应性固体颗粒增强气液传质过程进行了实验和理论研究。
　　对反应釜内含有瞬时化学反应性微溶固体颗粒增强气体吸收过程进行了理论分析，在溶质渗透模型基础上，结合cell模型建立了一维传质模型，考虑反应固体颗粒尺寸以及固体颗粒溶解速率对传质过程的影响，对模型进行了解析求解，得到了传质系数和传质增强因子的数学表达式。考虑颗粒位置及颗粒间相互作用对传质的影响，采用数理统计的方法，建立了二维界面传质模型，并采用复合网格技术对二维传质模型进行了数值求解。结果表明，增强因子随固含率的增大而增大，并逐渐趋于一个恒定值，然而增强因子随气相分压、固体颗粒粒径、固体颗粒与界面距离的增大而减小。
　　将鼓泡塔模型和二维界面传质模型相结合，对鼓泡塔内伴有化学反应的气液固三相传质过程进行了数值求解。结果显示增强因子随着固含率和气体流量的增加而增大，随气相分压和颗粒粒径的增大而减小。对鼓泡塔中伴有瞬时化学反应气液两相传质过程进行了理论研究。考虑了湍流和对流传质，基于表面更新理论，对气体吸收过程建立数学模型，并进行了解析求解。考察了气相溶质分压、气相流率、气液界面浓度、扩散系数和表面更新率等因素对气液传质增强因子的影响。结果表明，增强因子随液相反应物浓度的增加和气体流率的增大而增大，随气相溶质分压的增大而减小。
　　采用反应釜对Mg(OH)2浆料和Ca(OH)2浆料吸收SO2及CO2的传质过程进行了实验研究，并采用鼓泡塔对Mg(OH)2浆料和Ca(OH)2浆料及NH4HCO3水溶液吸收SO2的传质过程进行了实验研究。对传质模型进行了实验验证，模型预测值与实验结果吻合良好。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 伴有化学反应的气液两相传质

1．3 存在细微颗粒的气液固三相传质

1．3．1 吸附性固体颗粒对气液传质的影响

1．3．2 反应性固体颗粒对气液传质的影响

1．4 固体颗粒强化气液传质模型

1．4．1 吸附性固体颗粒强化气液传质模型

1．4．2 反应性固体颗粒强化气液传质模型

1．5 鼓泡塔传质模型

1．6 本章小结

1．7 本文工作

第二章 反应性浆料体系气-液-固三相传质

2．1 引言

2．2 一维模型

2．2．1 模型方程及求解

2．2．2 实验

2．2．3 结果与讨论

2．3 反应固体颗粒增强气液界面传质二维模型

2．3．1 模型假设

2．3．2 第一固体颗粒的概率函数

2．3．3 第二固体颗粒的概率函数

2．3．4 伴有化学反应固体颗粒气液传质模型

2．3．5 模型方程的无因次化

2．3．6 方程求解

2．4 实验

2．4．1 实验步骤

2．4．2 实验数据的处理

2．5 不生成沉淀快速反应固体颗粒增强气液传质

2．5．1 结果与讨论

2．5．2 SO2浓度对增强因子的影响

2．5．3 固含率的影响

2．5．4 固体颗粒与界面的距离对增强因子的影响

2．5．5 固体颗粒粒径对增强因子的影响

2．6 快速生成沉淀反应固体颗粒增强气液传质

2．6．1 结果与讨论

2．6．2 SO2浓度对增强因子的影响

2．6．3 固含率对增强因子的影响

2．6．4 固体颗粒与界面间的距离对增强因子的影响

2．7 多颗粒传质模型

2．7．1 结果与讨论

2．7．2 气相分压对增强因子的影响

2．7．3 固含率对增强因子的影响

2．7．4 固体颗粒粒径对增强因子的影响

2．7．5 固体颗粒与界面间的距离对增强因子的影响

2．7．6 固体颗粒溶解对增强因子的影响

2．8 本章小结

第三章 鼓泡塔中伴有化学反应的气液固三相传质

3．1 引言

3．2 鼓泡塔传质模型

3．2．1 鼓泡塔模型

3．2．2 鼓泡塔模型参数

3．3 鼓泡塔气液界面传质模型

3．3．1 不沉淀快速反应颗粒强化气液界面传质

3．3．2 生成沉淀快速反应颗粒强化气液界面传质

3．4 鼓泡塔多相传质模型方程的求解

3．4．1 鼓泡塔模型的求解

3．4．2 气液界面传质模型求解

3．5 实验

3．5．1 实验装置

3．5．2 实验数据的处理

3．6 结果与讨论

3．6．1 SO2浓度对增强因子的影响

3．6．2 固含率对增强因子的影晌

3．6．3 气体流率对增强因子的影响

3．6．4 颗粒粒径对增强因子的影响

3．7 本章小结

第四章 伴有快速化学反应的气液两相传质

4．1 引言

4．2 伴有快速化学反应气液两相界面传质模型

4．3 鼓泡塔模型

4．4 实验

4．5 结果与讨论

4．5．1 SO2进气浓度对传质的影响

4．5．2 NH4HCO3浓度对传质的影响

4．5．3 气体流率对传质的影响

4．6 本章小结

第五章 结论与建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录Ⅰ——符号说明

致谢