旋转填充床气液传质数值模拟研究

摘要

超重力旋转填充床是一种用于强化多相混合与传质的新型设备，广泛应用于非均相物系的传质与分离、纳米材料的制备等过程。其中关于超重力旋转填充床强化气液传质的文献迄今为止多见于实验研究和应用性研究，在模型化研究和数值模拟方面的研究不多。
　　 本文基于旋转填充床气液传质的简化的物理过程建立了质量传递的数学模型，根据计算的液相传质分系数kL讨论了旋转床中非稳态传质与稳态传质的区别，并给出了非稳态/稳态传质过程的数值判据。在传质模型的基础上采用数值模拟的方法研究了在氮气解吸水中溶解氧、氢氧化钠化学吸收混合气中二氧化碳的传质过程中的模型参数对kL以及各操作参数对旋转填充床总传质的影响规律。主要结论如下:
　　 液滴在填料层间的停留时间越短，kL越大;因此超重力水平越高，氧解吸体系（以下简称体系一）和NaOH-CO2化学吸收体系（以下简称体系二）的总体积传质系数都增大;温度升高，两体系的kL都增大，因此总体积传质系数也都增大;压力升高，两体系的kL无影响，总体积传质系数也都基本不变。
　　 增加气相流率，两体系的总体积传质系数都有很小幅度的变化然后趋于稳定，可认为基本不变;增加液相流率，两体系的总体积传质系数皆显著增加;对于体系一，提高液相进口浓度，总体积传质系数增加;而对于体系二，提高气相进口浓度，总体积传质系数有小幅度的减小;空腔区传质随空腔区体积的增加而增大，其对总传质的贡献率随超重力水平的提高而减小;
　　 利用文献中实验数据对传质模型进行了验证，最大误差均在±20％内，表明该传质模型能一定程度上用于旋转填充床内不同传质体系的模拟，可为深入认识旋转填充床气液传质规律以及对超重力技术强化气液传质的工业应用提供一定的理论基础。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 超重力技术概述

1．3 旋转填充床内流体流动的可视化研究

1．4 旋转填充床气液传质模型化研究

1．5 传质理论介绍及其发展

1．5．1 经典传质理论及其发展

1．5．2 近界面及基于界面状态的传质理论

1．5．3 多组分系统传质简介

1．6 存在的问题及本文研究的内容与目的

第二章 旋转填充床气液传质模型

2．1 传质过程的物理模型及其假设

2．2 传质模型的数学描述

2．2．1 传质控制方程

2．2．2 传质系数模型

2．2．3 传质系数模型讨论

2．2．4 传质模型参数

2．3 本章小结

第三章 旋转填充床纯扩散过程数值模拟

3．1 模型方程

3．2 模型参数

3．3 模拟结果分析与讨论

3．3．1 模型参数对KL的影响

3．3．2 操作条件对总传质的影响

3．4 模型的实验验证

3．5 本章小结

第四章 旋转填充床扩散-反应传质过程数值模拟及传质实验

4．1 模型方程

4．2 模型参数

4．3 模拟结果分析与讨论

4．3．1 模型参数对KL的影响

4．3．2 操作条件对总传质的影响

4．4 传质实验及模型验证

4．5 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

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