（化学工程专业论文）caoh2微粒增强气液传质研究.pdf

摘要 常规的气液固三相流体系传质机理的研究主要是以静止膜理论或渗透理 论为基础，一般考虑转速对传质系数影响时，只单纯定性的研究增强因子与转速 的关系，并未定量分析说明转速对增强因子的影响。本文通过引进小漩涡湍流速 度，建立传质模型，通过搅拌槽间歇吸收实验测定了不同搅拌强度和c a ( o h ) 2 浆 料固含率时c 0 2 吸收速率的增强。研究发现：颗粒粒径、浆料浓度、转速以及c 0 2 分压等参数是影响吸收增强作用的主要参数。通过临界悬浮气速的概念，解释了 当转速较低时实验值小于理论值的原因。同时还考虑了表观黏度等，以解释为什 么固含率增加时，增强因子并非一直线性增大。 此外，本文还研究了当浆液中固体颗粒粒径比较小，或固体颗粒质量分数比 较低时，粒径变化对增强因子的影响。在假定粒子分布或己知粒子分布的情况下， 通过渗透理论建立传质模型，得出最终增强因子随粒径变化的规律。 关键词：反应性浆料；临界悬浮气速；气液传质；增强因子；粒径 a b s t r a c t f o 咖e rr e s e a r c h e so fm a s st r a n s f c ro fg a s l i q u i d - s o l i dt h r e e - p h a s es y s t e m s m o s t l yb a s e 0 n s t a g n 孤t6 l mt h e o r y 0 rp e n e 咖i o nt h e o w c o n s i d e r i n g t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er o t a t i n gs p e e da n dm ee n h a n c 锄e n tf a c t o r ，m o s tr c s e a r c h e s i u s te x p l a i ni t 仃o mt h et h e o r y ，s e l d o m 矗o mam a t h e m a t i c a lm o d e l i n m i sp 印e r ，b y u s i n gt h ev e l o c i t yo fs m a l le d d y ，w ee s t a b l i s h e dam a s st r i m s f e rm o d e l t h er e s u l t s h a v eag o o da c c o r d a n c ew i t ht h ee x p e r i m e n tv a l u e b e s i d e s ，t h ec r i _ t i c a ls u s p e n d i n g r o t a t i n gs p e e di sc o n s i d e r e df o rt h ef i r s t t i m e t t l i sc o u l dc x p l a i nw e l lw h yt h e e x p e r i m e n tv a l u ei ss m a l l e rt h a nt h et h e o uv a l u ea tal o wr o t a t i n gs p e e d b e s i d e s ，t h e p a p e ru s e st h e 印p a r e n tv i s c o s i 够t oe x p l a i nw h yt h ee n h a n c e m e n tf a c t o r i sn o t i n c r e a s i n gi i n e a r l yw i t ht h es 0 1 dl o a d i n ga 1 1t h et i m e t h i sp a p e ra l s ob r i n g sf o r w a r dt h a tw h e nt h ep a r t i c l es i z ei ss m a l l ，o rt h em a s s r a t i oo ft h es o l i dp a n i c l e si sv e 巧l o w ，t h ep a n i c l es i z ec h a n g i n gi sv e r yb i g ，锄dt h i s c o u l da f 诧c tt h ee n h a n c e m e n tf i a c t o r b e s i d e s ，b ye s t a b l i s ht h em a s s 仃a n s f e rm o d e l ， t h i sp a p e rd o e ss o m ee x p l a n a t i o n 劬mt h et h e o 巧a n dt h em a t hm o d e l k e yw o r d s ：r e a c t i v es l u r 叮，c r i t i c a l e n h a n c e m e n tf a c t o r ，p a 州c l es i z e s u s p e n d i n gr o t a t i n gs p e e d ，m a s s t r a n s f e r ， 主要符号说明 英文字母 口 彳p c ： ( 。( 侧) 2 彩 d d s o z h 田 d c o h h h 2 0 e f t ) a k s l ( x t ) 万 n p e 比 丁 乃 希腊字母 p ps 万 a 口 d p m y 主要符号说明 颗粒表面积 比表面积，m 2 m 3 气相在液体中的饱和浓度，m o l m 3 c a ( o h ) 2 在水中的饱和浓度，m o i m 3 固体颗粒粒径，m 搅拌桨叶直径，m s 0 2 和h 2 0 的扩散系数，m 2 s c a ( o h ) 2 和h 2 0 的扩散系数，m 2 s 增强因子 固体体积分数 传质通量，m o l m 2 s 液固传质系数，州s 气液传质系数，m s 不同时刻位置时的固体体积分率 转速。r s 功率，w 彼克列数 吸收速率，m o l m 2 s 反应釜内径，m 小漩涡湍流速度，i i l s 水的密度，k g m 3 固体颗粒密度，k m 3 液膜厚度，m 反应边界，m 水的表观黏度，p a s 水的黏度，p a s 浆液平均密度，k g m 3 水的运动粘度，m 2 s 主要符号说明 校正因子 4 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：装j 、写 签字同期：加。g年石月。同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 关。j 、詹 导! j i | j 签名：毛艾，起， 签字同期：沁8 年月，。闩签字h 期：矗暗年6 月j3 日 第一章文献综述 1 1 引言 第一章文献综述 s 0 2 是大气污染的主要来源之一，烟气脱硫( f g d ) 近年来受到了世界各国 越来越普遍的重视。逆流喷射吸收是最常见的湿法脱硫方法，研究最为深入；鼓 泡塔吸收设备简单，近来引起了越来越多的关注。 液相传质常为烟气脱硫过程的控制步骤，因而增大液侧传质系数对提高脱硫 效率具有重要意义。固体微粒与液体组成的浆料体系中细颗粒分散均匀，传质阻 力小，能显著提高传质速率。例如向p l v 浆料中加入c “o h ) 2 或c a c 0 3 颗粒，可 以增强s 0 2 气体吸收达5 - 8 0 倍之多。石灰石浆料脱硫效率高且价格低廉为最常见 的湿法脱硫液。 浆料系统是指固体微粒与溶液组成的稳定的悬浮体系，固体微粒分散在气液 系统里常作为反应物或催化物的载体被加入到溶液中，有时也作为不溶性产物析 出。气液固三相的浆料( s l u 叫) 系统被广泛用于化工、石化和生化等领域中【1 1 。研 究发现，在某些气液系统内加入固体微粒以后，能够使气液传质得到增强【2 ，3 】。 例如，在铜氨溶液中加入少量活性炭微粒后，c 0 2 的吸收速率提高了8 倍【4 1 。浆料 在化工复合过程( 吸附蒸馏和流态化催化蒸馏等) 中可以强化分离或反应过程【5 。 利用c a ( o h ) 2 微粒与h 2 0 形成的浆料吸收s 0 2 ，取得了较好的效果【7 1 。在过去的三 十年里，科研工作者针对固体微粒对气液传质的增强进行了大量的实验与理论研 究。 预测浆料反应吸收增强作用对于设计浆料脱硫装置与过程意义重大，浆料反 应增强气体吸收机理在于液膜内分散相颗粒的溶解及与待吸收气体的反应显著 增大了后者的气液近界面浓度梯度。浆料反应吸收过程中吸收溶解和反应间存在 复杂的相互作用，普遍采用的增强模型包括单反应面模型、双反应面模型和快速 反应模型。针对简单浆料反应吸收体系，快速反应模型较好地预测了c a ( o h ) 2 等 浆料对s 0 2 的吸收增强作用；针对复杂浆料反应吸收体系，双反应面模型由于其 未全面考虑气体吸收对颗粒溶解的促进作用，不能完全适应复杂反应体系的浆料 吸收增强。 针对复杂反应的浆料吸收体系，许多研究在双反应面模型的基础上，全面考 虑溶解气体及其反应中间产物对颗粒溶解的促进作用，建立了m g ( o h ) 2 浆料增强 第一章文献综述 s 0 2 吸收的三区域模型；采用搅拌槽间歇吸收实验测定了c a ( o h ) 2 浆料对s 0 2 的吸 收增强因子对双区域模型进行了实验验证。 1 2 微粒对气液传质增强的研究进展 微粒对气液传质的影响涉及因素很多，但大多为电解质水溶液、难溶气体和 表面憎水的浆料系统。 微粒的存在对气液传质的增强主要有以下几种途径： l 、微粒在气液界面附近物理吸附传质组分； 2 、微粒作为催化剂催化有传质组分参与的化学反应； 3 、微粒与待传质组分发生化学反应； 4 、以上几种形式的组合。 微粒对气液传质的增强可用增强因子历来表达，不同情况下历有不同的数学 表达形式，本章增强因子定义为： 邑鹂( 存在微粒) 仉( 不存在微粒) ( 1 1 ) 1 3 微粒增强气液传质机理 浆料系统中气液两相存在相对运动。在黏性流体的夹带作用和或布朗力的 作用下( 粒径在微米级以下时) ，微粒在液相主体和气液近界面之间往返运动。微 粒增强气液传质可通过下述机理描述： l 、由于微粒和气液界面之间的相对运动，微粒随液体运动至气液界面，在 与气相近距离接触期间，选择性吸附待传质组分a ，然后离开液膜进入液相主体 中。微粒的运动和它在近界面内的停留时间取决于微粒和流体的性质以及体系的 流体力学条件等。 2 、返回液相主体的微粒，由于其周围液相中待传质组分a 的浓度较低，微 粒上的一部分a 脱附进入液相主体中并达到平衡状态，即完成细颗粒的“再生”。 3 、气液固相对运动中，微粒群不断地运动至气液界面附近吸附待传质组分 a 并将其输送至液相主体，从而增强了气液传质。 4 、存在于液膜内气液界面附近的微粒，其浓度可能与液相主体不同，分布 也较为复杂。气液界面上任意一点的传质均受到了其附近微粒的影响，在它们的 共同作用下，待传质组分a 在液膜内的浓度场发生了改变，气液传质得到增强。 气液界面不存在不受微粒影响的纯粹的常规气液传质区。 2 第一章文献综述 1 3 1 微粒通过物理吸附对气液传质的增强 微粒通过物理形式吸附对气液传质的增强可以通过实验进行研究。k a r s 等【8 】 和a l p e r 等【9 】通过利用活性炭h 2 0 组成的浆料系统吸收气相中的待传质组分a 的 实验对其来进行测定，活性炭粒径庐3 m 。若组分a 在微粒上达到吸附平衡，且 固含率不是很高，液相主体浓度可以用下式表达： ( 1 + 疋如) 警2 l 口 m 2 1 恐d 为吸附平衡常数。在浆料侧a 组分的摩尔流率以为： 11 以= ( 巴，g 一聊月a ，) ( i 二一+ 寺) ( 1 - 3 ) k g nm r k l n 包a 实验结果表明，虽然活性炭微粒可以增强气液传质，但是在固含率相当低时， 增强因子达到一个稳定值。a l p e r 和d e c k w e r i ，s a d a 和k u m a z a w a 【7 1 引入有效膜的 概念。他们假定在气液界面上存在一个微粒直径左右厚的微粒自由层，以此作为 最小的有效膜厚度，传质阻力集中在这个膜内，可定义为： = 老以 或 2 乏2 参 ( 1 4 ) ( 1 5 ) 但是，有效膜的概念却不能很好的解释以下现象： l 、固含率低于0 2 虹m 3 时，增强因子达到最大值【1 1 】； 2 、粒径大于传质膜厚度的微粒，虽然随着粒径的增大对气液传质的增强减 小，但是仍旧可以增强气液传质； 3 、如果认为微粒在浆料内均匀分布，即使假定瞬时达到吸附平衡，微粒在 气液膜内的吸附容量和传质动力学也不能够充分解释实验所观察到的增强因子 的增长趋势。 后面的科研工作者通过研究，这最终被v i n k e 【1 2 】用e g a m ( 增强气体吸收模型) 进行了客观的描述，v i l l l ( e 提出了l a n g m u i r 吸附等温线来描述气液界面上微粒的 覆盖率： f p 旦：垒 ( 1 6 ) 一= l 一 - - i ) 1 + k 瓦 。 腥气泡的吸附常数。微粒覆盖率的概念比较合理的解释了这个现象。 h 0 1 s “o o 鲥等【1 3 1 4 1 考虑待传质组分在微粒表面的分子扩散，研究了液膜内第 第一章文献综述 一排微粒的位置和几何形状对气体吸收的影响。在高固含率和微粒没有润湿性 时，增强主要由最靠近气液界面的微粒及其到气液界面的距离决定。这与v i n k e 【1 2 】 所用的表面覆盖率结果一致。 成弘i l5 j 等在鼓泡塔内用4 a 分子筛甲醇丙酮浆料系统，1 3 x 分子筛乙醇h 2 0 浆料系统进行实验，平均粒径小于1 毗m ，测量微粒对气液传质的影响。实验结果 表明，对4 a 分子筛甲醇丙酮物系，微粒对气液传质的最大增强可以达到1 1 2 5 ， 对13 x 分子筛乙醇h 2 0 浆料系统，微粒对气液传质最大增强达到1 5 5 0 。 b e e n a c k e r s 【1 6 朋和r o b i n s o n 等对有各种不同吸收特点的气体做吸收实验，研 究微粒的吸附和微粒加入后改变鼠和口对吸收产生的影响。t i n g e 【l8 】通过活性炭 h 2 0 浆料吸收甲烷实验得出，随着液相传质系数的增加吸收率减小。 微粒对传质组分通过物理吸附增强气液传质还有很多研究，表1 1 列出了部 分实验研究结果。 表1 1 浆料系统中气体吸收增强实验总结 t a b 1 - lr e v i e wf o rt h ee n l l a n c e m e n to fg a sa d s o r p t i o ni i ls l u r r i e s 4 第一章文献综述 1 3 2 微粒作为催化剂对气液传质的增强 厚度，则液膜内的催化剂微粒提高气体在浆料中的浓度梯度。w i m m e r s 和 f o r t u i n 针对浆料反应器中的一级催化反应，推导了催化剂颗粒促进气液传递 的增强因子关系式： 耻南 c o s h 慨一磊拓 ( 1 - 7 ) 耻面i c o 幽慨一五i 商 a 刁 式中：尘警。在地 2 时，经过某些近似，可以得到下式： 色：毕 ( 1 8 ) 6 k ，d 、。 这表明，增强因子与微粒粒径成反比。噩包含传质过程中液固传质系数以及 微粒内部的扩散系数。例如，在催化剂表面的一级反应可以写作： 了l ：了l + _ _ 7 彳一 ( 1 - 9 )一= 十= = ；= = = = = = = = = = = ii yj k r s s 。k s ad i ( 1 。0k _ s d a 蛐多 k? 如果墨相对于疋很高时，反应可以看作只由k 控制。w i m m e r s 对增强因子与 颗粒尺寸进行了实验研究，发现在1 5 k g m 3 的固含率下，p d 活性炭催化细颗粒的 增强因子与l 懈成线性关系。 p y 【3 6 】等用活性炭浆料系统吸收s 0 2 实验得出，s 0 2 吸收速率的增强主要是由 第一章文献综述 1 3 3 微粒与传质组分发生化学反应对气液传质的增强 气体吸收速率和增强吸收机理一直是反应性浆料研究中的中心问题。一般说 来，组成浆料的微粒可以分为“粗微粒”和“细微粒”，另外还有人加入了介于这二 者之间的过渡性微粒。“粗微粒”指粒径大于液膜厚度( 或渗透深度) 的微粒，它存 在于液相主体，不能存在于液膜内；“细微粒”则由于其粒径相对于液膜厚度小而 存在于液膜区。这两类颗粒为分散相的浆料对气体吸收增强的机理不同，“粗微 粒”在液相主体溶解后，必须扩散至液膜区内才能与待吸收气体发生反应而增强 其吸收；对于“细微粒”，由于能在液膜区溶解，溶解后的产物能直接与待吸收气 体在液膜区内进行反应。 微粒与传质组分直接发生化学反应在化工、生化和环保等领域有着十分广泛 的应用。例如，m g ( o h ) 2 、c a ( o h ) 2 和c a c 0 3 等碱性微溶微粒作为分散相的浆料 能有效地除去空气中的s 0 2 及c 0 2 等酸性污染物。m e h r a 的实验结果可以得出第三 相的加入可以提高反应速率【2 6 】。d o r a i s w a m y 等【3 7 1 和p t a s i n s k i 【3 8 】等的实验结果得出 最大增强可以达到6 。分散相溶解后能与待吸收气体发生反应的浆料称为反应 性浆料，对这种反应性浆料系统的研究也有很多成果。反应性浆料增强气体吸收 的原因在于微粒在浆料中的溶解能源源不断地向液膜区提供与待吸收气体进行 反应的组分。 根据上述增强机理的描述，黜衄a c h a n d r a n 和s h a r m a 【3 9 】于1 9 6 9 年首先提出了 两个基于膜理论的模型，模型解析解表明“细微粒”在液膜区的溶解能显著地改变 待吸收气体在气液界面的浓度梯度从而可大大的增加气体的吸收速率。s c a l a 等 一o j 对溶解速率较小的细微粒组成的浆料体系的吸收过程研究后发现，不仅微粒溶 解能加快气体吸收，气体吸收反过来也能加快微粒溶解。根据微粒溶解和气体吸 收之间相互促进的关系，u c h i d a 【4 l 】建立了反应性浆料增强气体吸收模型。u c h i d a 等【4 2 ，4 3 j 则根据反应和扩散组分在液膜中的浓度分布的不同将反应性浆料增强气 体吸收问题分成六类，并分别提出了基于膜理论的模型，这些模型具有解析解但 须采用迭代方法求得。s a d a m ，4 5 】等对反应性浆料中的气体吸收问题进行了大量的 实验和理论研究，在以往模型的基础上，提出了单平板和二平板模型，将反应性 浆料增强气液传质的理论研究提高到了一个新高度。s a d a m 】还认为气液界面存在 着一层“惰性区”，这层区域内不存在细微粒，其厚度与微粒之间的间距等有关。 根据其理论，采用传质速率来描述细微粒在边界层内的溶解速率是不恰当的。近 来，m e h r a p j 分析了气液界面微粒的溶解过程并认为，当微粒粒径足够小时， 必须考虑微粒在界面停留期间的粒径变化。图1 1 表示了一个气侧反应物a 和来自 于溶解性微粒的反应物b 的反应速率【1 6 】。 6 第一章文献综述 c 0 万l万i 6 l 图l ，l 液膜内待传质组分与溶解细颗粒浓度分布 f j g l - lp 确l e so f t 嘲s f b r 嘲m p o 啦n ta n d i 油i 。 p 曩n i c l c 墨j ni i q n i df i i 瑚 反应性浆料增强吸收模型中一般将颗粒溶解速率作为参数。因此，有关分散 相微粒在浆料中的溶解速率的数据及其关联式对于研究浆料的吸收增强作用十 分重要。h i x s o n 和b a u m 【47 】对此进行了大量的实验研究，提出了计算颗粒溶解速 率的关联式，这些关联式描述了无因次数群恐，勋和之间的关系。然而，同样 的条件下，不同研究者之间的研究结果差距明显，这给数据的选择和使用带来了 很大的不便。 伴随着理论和模型研究的同时，反应性浆料增强气体吸收的实验研究也十分 活跃，它们涉及到了s 0 2 c 0 2 一m g ( o h ) 2 ，s 0 2 c 0 2 - c a ( o h ) 2 ，s 0 2 c 0 2 一c a c 0 3 及 s 0 2 m g ( o h ) 2 + c a c 0 3 等诸多体系。表1 2 对一些主要文献研究结果进行了总结。 7 第一章文献综述 表l - 2 反应性浆料中增强气体吸收文献回顾 ! 垒垒：! ：2l i 堡堕翌! 空i 宝坚鱼! 垒垒1 2 卫! i q 坠呈些垫里塑塑! q ! g 垒! i 旦堡垒垡i 宝! ! 竺型里兰 实验物系气体浓度 固含率增强因子 1 4 细颗粒对气液传递参数的影响 惰性和活性颗粒都能通过影响气液界面附近的气液传递参数，包括浆料表观 黏度、气液界面湍动程度和流体力学状况等使得体积传质系数& 口、液相传质系 数& 、气含率和气液传质界面积口、以及液固传质系数等发生改变。本节讨论的 细颗粒对气液传质的影响不包括细颗粒活性作用的影响。 1 4 1 细颗粒对液侧体积传质系数鼠订的影响 细颗粒加入后对液侧体积传质系数& 口的影响多年来一直是气液传质研究的 热点。体积传质系数的改变是凰和a 共同起作用的结果，研究成果多以经验关联 式的形式给出。 l 、鼓泡塔中细颗粒的影响 细颗粒首先通过改变浆料的表观黏度来改变体积传质系数。颗粒与液体密度 差不大或液体的黏度很大时，浆料可以视为拟均相，此时体积传质系数鼠口随浆 第一章文献综述 料表观黏度增加而减小。o z t i i r k 和s c h u m p e 在内径为9 5 c m 的鼓泡塔中分别研究了 聚乙烯、氧化铝和p v c 颗粒( 细颗粒的含量达到4 0 ) 的影响后得到了如下关联式： 善冬：( 丝) 一 - = 一= i ；= ：= - l 一 ( e 口) o、风7 ( 1 1 0 ) 式中肋为纯液体的黏度，触为浆料的表观黏度。上述结果是在有机浆料体系中 得到的。实验中表观气速为8 c m s ，表观黏度的范围是o 5 4 1 0 0 m p a s ，关联平均 偏差为7 7 。对于h 2 0 溶液或电解质溶液作为连续相的浆料，在相同的鼓泡塔中， 采用硅藻土( 7 胛) ，氧化铝( 8 胛) 和活性炭( 5 胛) 作为分散相，在表观气速和表观黏 度分别为阮 8 c 舶和1 m p a s 印 o ) ：x = o ，已= o ，警：o ； 4 3 第五章粒径变化对增强因子的影响 x = ，a = 0 6 = 0 ，岛= c k = 甜； r = ，疗限五砂= 0 对式( 5 3 ) - ( 5 8 ) 求解，可得已的表达式，然后对其进行求导，得到在萨0 处的方程，再在一个渗透时间里进行积分即可求得其传质通量，用方程表示为： 兄，：一见( 孕) ，卸 r ：竺! 丝 4 乞 因为反应扩散方程中r 循有积分项，求解比较复杂，故先对其进行化简。 定义一个新的变量硼( r ，x ，力= 刀( r 。x 帜，则方程可化简为： 詈+ g ( 脚) 蒙- o ( 川) 在此，g 俾，薯砂为粒子消耗速率，即d r 僦。应用特征值方法，方程左侧可变为反f ，仳， 方程右侧为零，表示硼( 尺，x ，力= 硼俾d ，五o ) = c o n s t a n t ，因此： 塑掣：掣：掣( r o ) r rr 、 一般来说，当实验中未给出粒径的分布或粒径的分布比较难以测定时，可以 假定粒径的分布为： ( r ) = “万( 尺一8 。) 此时，将上述方程代入，对r b d 进行化简，可求得： r b d = 4 冗s h r d b k f c o n o 2 一( 2 - 喀帆砟f ( q q ) 出。 ( 5 - 9 ) 其中，o 司以通过f 式进行求解： ，( x ，f ) = 2 笋【心一( 2 见坂砟f ( g q ) 衍- 】3 2 ( 5 1 0 ) 当间时，戤，o ) ：掣 虽然该方程经过化简已经不含有积分项，但仍很难得到其解析解，一般只对 其求算数值解，详细求解过程见附录。 以s 0 2 c a ( o h ) 2 体系为例，取固含率为l ，转速为7 5 r s ，由上述理论模型 第五章粒径变化对增强因子的影响 计算可得理论增强因子为1 3 ，而实验值却为1 7 7 。 现考虑粒径变化的影响，对模型进行求解： l 、通过数值求解，可以求得不同时刻界面的浓度差值。以此求出近似气液 界面处的浓度偏导值，见表5 1 。 表5 - l 气液界面不同时刻的浓度差值 t a b 5 ：! 坠呈里q 翌里婴堡丝i 旦翌q 堂堡垒婆垫型鱼垒! ：! i g 旦翌熊宝! 鱼里宝丝尘垡塑掣t i i i l e 0 0 0 20 1 6 3 2 7 o 0 0 4o 1 5 8 4 o 0 0 6o 1 5 4 4 0 0 0 8 o 1 5 0 9 3 o 0 l0 1 4 6 7 6 0 0 1 2o 1 4 6 7 4 2 、对其进行面积积分，然后对积分结果进行模拟，结果见图5 1 。 o 0 0 1 6 o 1 4 0 舶1 2 o 1 0 o o 8 zo 脚 o 肋4 0 o 眦 o i o d 0 0 - o 撇 0 20 0 0 4o o 0 0 0 0 1 00 们2 t 图5 1 气体吸收速率 f i g 5 - l1 1 1 em t e o f t h eg 弱a b s o 巾t i o n 拟合方程为： 一+ 冠4 = 一2 9 3 3 7 1 l o 珥+ 0 1 5 4 3f 线性相关系数为：r = o 9 9 9 8 5 3 、求解增强因子 由第二章可知，当溶液中不含有固体颗粒时，其吸收速率为0 1 0 4m o l m 2 s o 已知在固含率为1 ，转速为7 5 r s 的条件下，其渗透时间为： 4 5 第五章粒径变化对增强因子的影响 t = 豢= 4 1 4 咖1 4 9 2 6 1 0 5 = o 2 2 l s 其吸收速率为： 尺一= ( 2 9 3 3 7 1 1 0 4 + o 1 5 4 3 0 2 2 1 ) 0 2 2 l = 0 1 5 4 3m o i i i l 2 s 所以此时增强因子为： o 1 5 4 3 o 1 0 4 = 1 4 8 一般来说： 1 、考虑粒径变化时，增强因子随着固含率的增大而增加，且其增加速率远 大于不考虑粒径变化即粒径视为常数时的情况。 2 、粒径越小，通过常粒径和变粒径求算出来的结果偏差就越大，当粒径大 于或等于1 毗m 时，粒径的变化基本可以忽略不计。 3 、若粒径在1 吮m 左右或粒径不是很大，当固体颗粒在浆液中的质量分数 比较小时，粒径的变化也将会比较明显。此种情况下，也应该考虑粒径的变化情 况。 第六章结论 第六章结论 1 、本文以s 0 2 c a ( o h ) 2 为研究对象，基于气液传质双膜理论，考虑了搅拌时 固体颗粒因在不同径向上的线速度不同，会出现比较小的对流的现象，建立了稳 态非均相传质微分方程，并求出了其解析解为： e = 巳p 一彬+ 气p 彬一见召e + 壹堡皇絮华等 删 一瓦万 ( 6 - 1 ) 通过理论计算和文献中s 0 2 c a ( o h ) 2 体系传质数据的比较发现，本文所建的 传质模型和实验值能够有比较好的吻合，可以反映固体微粒对气液传质的影响。 2 、实验考察了在c 0 2 c a ( o h ) 2 体系中，固含率以及转速对传质增强因子的影 响。结果表明：固含率和转速对传质增强因子具有较大的影响。当固含率增加时， 传质增强因子随之增大，但因表观黏度等其它因素的影响，其增加速度会逐渐减 慢；传质增强因子随着转速的增加会逐渐减小，但c 0 2 的吸收速率却会逐渐增加。 3 、通过对临界转速的计算得知，在临界转速之上，固体颗粒都处于悬浮状 态，此时增强因子的理论值和实验值的偏差较小；当转速在临界转速之下时，并 非所有的固体颗粒都处于悬浮状态，此时液相中总的有效面积减少，实验值应比 理论值偏小。 4 、当颗粒粒径较小或浆液中固体颗粒的固含率较小时，颗粒的粒径变化比 较明显；随着颗粒粒径的变化，传质增强因子将会发生比较明显的变化。在这两 种情况下，当计算传质增强因子时，需考虑颗粒粒径的变化。 4 7 参考文献 参考文献 【l 】s a h a ，a k ，a b s o r p t i o no fc a r b o nd i o x i d ei na l k a n o l 锄i n e si nt h ep r e s e n c eo f f i n ea c t i v a t e dc a r b o np a r t i c l e s ，c a n j c h e m e n g ，l9 9 2 ，7 0 ：l9 3 - 19 6 【2 】g o m e z p l a t a ，a a n dr e g a n t m m a s st r a n s f e r ，i n d e n g c h e m 19 7 0 ， 6 2 ( 1 2 ) ：17 2 6 【3 】d u m o n t ，e a n dd e l m a s h ，m a s st r a n s f e re n i l a n c e m e n to fg a sa b s o r p t i o ni n o i l i n w a t e rs y s t e m s ：ar e v i e w ，c h e m i c a le n g i n e e r i n ga n dp r o c e s s i n g ，2 0 0 3 ，4 2 ( 6 ) ：4 1 9 - 4 3 8 【4 】v i n o d k u m a r ，r ，d h a n u k a ，a n dj o s e fb s t e p a n e k ，s i m u l t a n e o u sm e a s u r e m e n to f i n t e r f h c i a la r e aa n dm a s s仃a n s f e rc o e m c i e n ti nt h r e e p h a s ef l u i d i z e db e d s ， a i c h ej o u m a l ，1 9 8 0 ，2 6 ( 6 ) ：1 0 2 9 - 1 0 3 8 【5 】z h o u ，m ，x uc j a n dy u ，g c ，a d s o r p t i v ed i s t 订l a t i o n - n o v e lh y b r i ds e p a 托i t i o n p r o c e s s ，p r o g r e s si nn a n l r a ls c i e n c e ，19 9 5 ，5 ( 3 ) ：2 9 1 2 9 8 【6 】d e g a r m oj l ，p a r u l e k a rv n a n dp i n j a i av ，c o n s i d e rr e a c t i v ed i s t i l l a t i o n ， c h e m i c a le n g i n e e “n gp r o g r e s s ，19 9 2 ，8 8 ( 3 ) ：4 3 - 5 0 【7 】s a d a ，e ，k 哪a z a w a ，h 锄dl e e ，c h ，c h e m i c a la b s o r p t i o ni n t oc o n c e n t r a t e d s l u r 呵：a d s o r p t i o n s o fc a r b o nd i o x i d e锄ds u l f u rd i o x i d ei n t 0 a q u e o u s c o n c e n t i a t e ds l u l t i e so fc a l c i u mh y d r o x i d e ，c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ，l9 8 4 ， 3 9 ( 1 ) ：l1 7 - 1 2 0 8 】k a r s ，r l ，b e s t ，r j a n dd r i n k e n b u r g ，a a h ，t h ea d s o 印t i o no fp r o p a n ei n s l u 而e so fa “v ec a r b o ni nw a t e r ，c h e m i c a le n g i n e e r i n gj o 啪a l ，19 7 9 ，l7 ( 3 ) ：2 0 l - 2 l o 9 】a l p e r ，e 粕dd e c l ( w e r ，w d ，c o m m e n t so ng a sa b s o r p t i o n w i t hc a l 七a l y t i c r e a c t i o n ，c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ，1 9 8 l ，3 6 ：1 0 9 7 1 0 9 9 【l0 a 1 p e r ，e a n dd e c k w e r ，w d ，s o m ea s p e c t so fg a sa b s o i 讲i o nm e c h a n i s mi n s l u r 巧r e a c t o r s ，n a t oa s ls e r i e se ，l9 8 3 ，73 ( 2 ) ：19 9 2 2 4 【1 1 】m e h r a ，a ，g a sa b s o r p t i o ni nr e a c t i v es l u r r i e s ：p a n i c l ed i s s o l u t i o nn e a rg a s l i q u i d i n t e r f a c e ，c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ，l9 9 6 ，5l ( 3 ) ：4 61 4 7 7 【12 】v i n k e ，h ，h 锄e r s m a ，p j ，a n df o n u i n ，j m h ，e n h a n c e m en t o ft h e g a s - a d s o r p t i o nr a t ei na g i t a t e ds l u r 巧r e a c t o r sb yg a s a d s o r b i n gp a r t i c l e sa d h e r i n g t og a sb u b b l e s ，c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ，19 9 3 ，4 8 ( 1 2 ) ：219 7 2 2l0 13 】h o l s t v o o g d ，r d ，p t a s i n s k i ，k j a n dv a ns w a a i j ，w p m ，p e n e t r a t i o nm o d e i f o rg a sa b s o r p t i o nw i t hr e a c t i o ni n s l u r 叮c o n t a i n i n gn n ei n s o l u b l ep a r t i c l e s ， c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ，19 8 6 ，4l ( 4 ) ：8 6 7 8 7 3 参考文献 【1 4 】h o l s t v 0 0 9 d ，r d ，v a ns w a a i j ，w p m ，a n dv a nd i e r e n d o n c k ，l l ，t h e a d s o 甲“o no fg a s e si na q u e o u sa c t i v a t e dc a r b o ns l u r r i e se n h 卸c e db ya d s o r b i n go r c a t a l y t i cp a r t i c l e s ，c h e m i c a le n g i n e e n gs c i e n c e ，19 8 8 ，4 3 ( 8 ) ：2l8l - 2 l8 7 【1 5 】成弘等，吸附剂细粉增强气液两相传质( i i ) 实验，化工学报，1 9 9 9 ，5 0 ( 6 ) ： 7 7 2 7 7 7 【l6 】b e e r u l a c k e r s ，a a c m a n dv 绷s w a a i j ，w p m ，s l u r 巧r e a c t o r s ， f u n d a m e n t a l sa n da p p l i c a t i o n si 1 1c h e m i c a lr e a c t o rd e s i g l l 粕dt e c h n 0 1 0 9 ) ， 1 9 8 6 4 6 3 5 3 8 【17 】b e e n a c k e r s ，a a c m a n dv a ns w a a i j ，w p m ，m