超重力真空水脱氧过程的研究

摘要

水脱氧过程在工业上具有重要的意义。过高的水溶氧含量会引发严重的铁质管路及设备的氧腐蚀，造成运行故障，还会引发水中微生物的滋生，增加水中悬浮物数量影响水质。然而目前广泛使用的除氧方法都存在明显缺点:化学法二次引入杂质、成本高、除氧剂有毒有害无法用于生活用水食品工业用水;物理法设备体积大、能耗高、操作条件的波动会对除氧效果造成极大影响。 超重力旋转床作为近些年来新兴的反应器，具有体积小、传质和微观混合效率高等特点，并且已经在很多工业领域得到运用。目前已经有超重力旋转床与热力除氧法及解吸除氧法相结合，运用于水脱氧过程的成功案例，而超重力旋转床与同属物理除氧法的真空除氧法相结合案例却鲜见文献报道。 本文中以自来水为原料，使用超重力旋转床对水进行了真空条件下的脱氧实验的研究。实验过程中，考察了超重力旋转床内真空度、水温、旋转床转速、液相流量这几个参数对除氧效果的影响规律。实验得到结论如下:旋转床出口处的水溶氧含量会随着旋转床内真空度的提升、水温的升高、旋转床转速的升高而下降，随着液相流量的增大而上升。使用单级旋转床对水进行真空除氧可使水中溶解氧含量降低至100ppb以下，对比单级真空塔只能使水中溶解氧含量降至500ppb，具有明显优势。 结合旋转床流体流动的研究成果以及真空除氧本身的物理特征，经过合理简化与假设，建立超重力旋转床真空水脱氧过程的传质模型。基于所建立的模型，对过程进行了数值模拟，得到了如下结论:液滴内浓度梯度随着温度的降低，随旋转床转速的增加、液相流率的提高而变大;液相传质分系数随着温度、旋转床转速、液相流率的升高而增大;出口处的溶解氧浓度随着真空度、温度、旋转床转速、填料外径的增加而减小，随着液相流率的增加而增加;液相总体积传质系数随着温度、旋转床转速、液相流率的升高而升高，随着填料外径的变大而降低。 将模拟数据与实验数据进行对比，实验中液相总体积传质系数受各项因素影响的变化规律与模拟所得结果相一致，模拟出的脱氧率与实验数据相差不超过±12％，表所建立的简化模型可较好的模拟超重力旋转床真空水脱氧过程。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 超重力技术概述

1．3 水脱氧技术简述

1．4 超重力旋转床中流体流态及流体力学的研究

1．4．1 超重力旋转床内流体流动状态的可视化研究

1．4．2 填料表面液膜厚度

1．4．3 填料空隙内液滴直径

1．4．4 旋转床空腔区内液滴的直径

1．4．5 液体在填料中的平均径向速度

1．4．6 液体在旋转填料床空腔区的径向速度

1．4．7 持液量

1．4．8 气相压降

1．4．9 液相停留时间

1．5 本课题的选题意义及研究内容

1．5．1 选题意义

1．5．2 本课题研究内容

第二章 超重力真空水脱氧过程的实验研究

2．1 实验装置

2．2 实验流程以及分析方法

2．2．1 实验流程

2．2．2 分析方法

2．3 实验结果与分析

2．3．1 真空度对水脱氧效果的影响

2．3．2 温度对真空水脱氧效果的影响

2．3．3 旋转床转速对真空水脱氧效果的影响

2．3．4 液相流率对真空水脱氧效果的影响

2．4 本章小结

第三章 超重力真空水脱氧过程的模型建立

3．1 传质模型及其假设

3．2 传质模型的数学描述

3．3 本章小结

第四章 超重力真空水脱氧过程的数值模拟

4．1 真空度的影响

4．1．1 真空度对液滴内溶解氧的浓度分布以及kL的影响

4．1．2 真空度对于出口处溶解氧浓度以及总体积传质系数KLa的影响

4．2 温度的影响

4．2．1 温度对液滴内溶解氧的浓度分布以及kL的影响

4．2．2 温度对于出口处溶解氧浓度以及体积传质系数的影响

4．3 旋转床转速的影响

4．3．1 旋转床转速对液滴内溶解氧的浓度分布以及kL的影响

4．3．2 旋转床转速对于出口处水溶氧浓度以及总体积传质系数KLa的影响

4．4 液相流率的影响

4．4．1 液相流率对液滴内水溶氧的浓度分布以及kL的影响

4．4．2 液相流率对于出口处溶解氧浓度以及总体积传质系数KLa的影响

4．5 填料外径的影响

4．6 实验验证

4．6．1 总体积传质系数的对比

4．6．2 脱氧率的对比

4．7 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

附录

致谢

作者与导师简介