郭锴[1]1996年在《超重机转子填料内液体流动的观测与研究》文中研究指明超重机，是近年来兴起的一种利用离心力模拟超重力，强化气液两相传质与反应的新型化工机械。本研究的目的是研究液体在超重机转子内的流动情况，为今后进一步的传质与应用研究提供液体在转子内流动的理论与实验依据。此项研究包含两个实验和转子内液体流动的数学模拟以及液相传质系数与液体流动的关系等几部分内容。 实验之一是转子填料内液体流动的观测与填料表面液膜厚度的测定。在这个实验中，利用安装在转子上，与转子一同旋转的电视摄象机，观察到了离心加速度在200个g(g为重力加速度)以内的液体在填料内的流动情况。发现，除填料内缘处几毫米的区域外，液体在大部分填料当中是以液膜方式流动为主，其周向速度与转子大致相同。基于观测到的图象资料，利用图象分析的方法，测量了在填料表面的液膜厚度。结果显示，在泡沫金属填料上，液膜厚度大约在30-80微米范围。这一数值，明显高于空隙率和比表面都与它接近的不锈钢丝网填料上10微米左右的液膜厚度。分析原因认为这一差异与填料的结构和表面粗糙度有关。 在填料内缘几毫米以内，液体的流动状态比较复杂。自液体喷口喷出的液体与高速旋转的转子填料剧烈撞击，破碎、变形、产生大量的新鲜表面。观察到存在着两个方向的流动。一个是自喷口喷出的液体的径向运动，另一个是液体的径向运动受到填料的阻挡，改变运动方向造成的周向运动。这两个方向的运动，造成了在这几毫米内液体的高度混合。 实验之二是液体在填料内停留时间分布的测量。分别安装在填料内外缘处，与填料一同旋转的两个电导探头，同时给出了注入电导率与水不同的示踪物时电导率随时间的变化曲线。经计算机数据采集和处理，得到在不同实验条件下液体在转子内的停留时间分布。定量分析的结果表明，液体的平均停留时间随液体的流量、转子转速的上升而下降，其大致范围在几百毫秒左右，并且不受气体加入的影响。但是，当转子的转速超过800-1000rpm后，平均停留时间下降的趋势变得平缓。为考察填料内缘附近液体的混合程度，将入口电导探头沿半径方向向填料内部移动10毫米。此时平均停留时间与全程数据没有明显差别，而方差却仅为全程值的1／3。即在内缘处7％的填料造成的混合，是全部填料混合程度的70％。
张军[2]1996年在《旋转床内液体流动与传质的实验研究和计算模拟》文中认为旋转床(又称超重机)是八十年代初发展起来的一种强化传质与反应的、新型的、高效化工分离设备，工业上有着极为广阔的发展前景。本文是在北京化工大学超重力工程技术研究中心前面研究者的基础之上，从实验与计算机计算模拟两方面对旋转床或超重机内的流体流动与传质进行进一步基础性研究。 本文首先采用一种新的实验方法—高速频闪摄影对旋转床内的流体流动过程进行了观察。高速频闪摄影技术的主要特点在于：用光脉冲代替相机快门，以控制底片的感光；在光脉冲时间非常短(本文最小光脉冲宽度可达8μs，其技术指标代表目前国内的最高水平)的情况下，达到对高速运动的流体“冻结”而拍照、观察的目的。对旋转床内泡沫金属填料与RS波纹丝网填料下不同区域(填料进口区、填料主体区及填料外空腔区)及不同转速、液量等操作条件的流体流动状况进行拍照，得到大量清晰可辨的照片，最终获得旋转床内各流态及其分布等大量信息。实验结果表明，①在旋转填料表面，液体主要以液膜的形态存在；②在填料空间，与操作条件有关，液体呈液滴、液膜和液线等形态；③在填料的进口区和转子外空腔区，液体主要以液滴形式存在。进一步，利用人机对话图象分析的办法测定了RS波纹丝网填料床内的液滴直径，其范围在0.1～0.3mm。 以水脱氧为研究体系，本文还进行了针对填料进口端区的传质实验及分别以RS波纹丝网和平直丝网为填料的总体传质实验，并给出了填料进口端区传质系数随液量、气量、转速等变化的经验表达式和两种丝网填料的总体传质系数随操作参数变化曲线。这些传质实验为建立和验证总体传质模型做好了准备。 依据实验观测，本文以金属丝网填料为研究对象，由基本方程出发，经过严格的推导，建立了横丝表面液膜和竖丝表面液膜的运动与传质方程。利用数值计算方法—容积差分法求解横丝表面液膜与竖丝表面液膜的运动、传质方程，分别得到这两类液膜内的速度分布和浓度分布，进一步获得液膜厚度及液膜传质系数值。 在实验观测的基础上，从基本方程出发，本文还建立了填料空间飞行液滴、液膜和液线的运动与传质方程。利用数理方法求解方程，分别得到上述空间飞行液体各自的尺寸、在空间飞行时间以及传质系数的表达式。 以液滴为例，将本文所提出的严格计算模型与渗透理论结果进行比较，结果表明，在所计算工况下，渗透理论算得的传质系数偏高10～20％。旋转床中各流
张亮亮[3]2013年在《超重力旋转填充床强化湿法脱碳和脱硝过程研究》文中研究说明近年来,由于经济的高速发展,化石燃料大量消耗,进入地球大气层的CO2量随之增多,这是导致温室效应加剧和全球气候异常的主要原因；另一方面NOx的过量排放(尤其在中国),造成了酸雨、雾霾天气等众多环境问题。工业尾气中CO2捕集及NOx脱除已经刻不容缓。众多研究表明,化学吸收方法是目前CO2大规模捕集领域中最适宜的技术之一。近年来,采用离子液体作为吸收剂进行CO2捕集成为了该领域的研究热点。离子液体具有挥发性低、性质稳定、结构可调等众多适宜作为化学吸收剂进行CO2捕集的优点,然而由于离子液体的粘度很大,导致了CO2在离子液体中的气液传质过程缓慢,吸收速率低,吸收时间长等问题成为困扰采用离子液体CO2捕集实用化的瓶颈；前人针对络合溶液脱除NO的研究表明,NO和络合溶液的络合速率一般都很快,络合吸收反应是一个受气液传质控制的过程。由此可见,上述两个化学吸收过程亟待解决的关键问题是相同的。强化气液传质,促进化学吸收是发展CO2和NOx化学吸收方法的核心所在。超重力旋转填充床(RPB,也称为旋转填充床)作为新型的多相流混合装置和反应器,可以极大的强化液液、气液传质,该技术已被成功应用于化工分离过程和纳米材料制备。本论文研究工作旨在将超重力旋转填充床作为气液反应器,应用于CO2捕集及NOx脱除过程中。论文对超重力旋转填充床内的CO2与离子液体物理吸收和反应吸收的过程进行了研究,测定了CO2与离子液体在超重力旋转填充床中的传质系数,提出了有应用前景的C02捕集过程新工艺和NO脱除的过程新工艺。基于实验研究和前人研究结果,本文建立了超重力环境下CO2与离子液体吸收过程的数学模型,对超重力环境下强化气液传质的机理进行了研究。根据模型,对操作参数及设备尺寸进行了优化模拟。为产业化应用提供了理论依据和支持。本论文主要创新工作如下：1、以常规离子液体[Bmim][PF6]物理吸收CO2过程为研究体系,测量了超重力旋转填充床中该过程的液相体积传质系数,并对比研究了填料塔中该过程的液相体积传质系数。比较结果发现：在相近的操作条件下,超重力旋转填充床的液相体积传质系数KL为0.95-3.9x10-2s-1,而填料塔的液相体积传质系数KL仅为0.63-1.9×10-3s-1。相对于填料塔,超重力旋转填充床中液相体积传质系数提高了一个数量级以上,超重力旋转填充床强化CO2吸收效果明显。2、以CO2在功能化离子液体[Choline][Pro]中的化学吸收过程为研究对象,考察了不同操作条件下,CO2在离子液体中的脱除率和负载量。结果表明,超重力旋转填充床适宜用做CO2在离子液体中的化学吸收过程的反应器。在较优操作条件下,CO2在离子液体中的化学吸收可以在极短时间内(约0.2s)达到0.2mol CO2/mol IL。使用10%(vO1)的混合气时,吸收剂的负载量可以达到25Kg CO2/m3IL以上,脱除率保持在90%,使用20%(vO1)的混合气时,吸收剂的负载量可以达到40Kg CO2/m3IL以上,表明该方法具有很好的实用化应用前景。3、以功能化离子液体[Choline][Pro]反应吸收C02的过程作为气液传质的研究体系,基于Higbie渗透理论建立了超重力环境下伴有可逆反应的气液传质模型,获得了液膜中C02随时间和渗透深度的浓度解析表达式,并进一步推导出了超重力环境下的相应传质系数。利用该模型,可以预测不同操作条件下C02在超重力旋转填充床中的脱除率,预测结果与实验结果吻合良好。揭示了超重力旋转填充床强化气液传质的作用机理是使液膜中可溶性气体具有很高的浓度梯度而实现的。基于数学模型,预测了填料半径对C02脱除率的影响关系,可对不同操作条件下填料半径的尺寸进行优化设计,以提高吸收液中C02的负载量。4、以FeSO4和Na2EDTA结晶水合物为原料制备了FeⅡEDTA络合吸收剂,采用该络合吸收剂在超重力旋转填充床中进行NO脱除的实验研究,以NO的脱除率作为考察目标,考察了超重力旋转填充床内超重力水平、气液流量比、气液流速、络合吸收液pH值,温度及进口气体总压、NO浓度等对实验脱除率的影响。实验结果发现,当络合吸收液的pH值为7,超重力旋转填充床内超重力水平为200g时,NO的脱除效率最优。吸收体系温度升高,气液比增大会导致NO脱除率下降；而提高吸收液浓度、提高进口气体压力则导致NO的脱除率提高。当使用0.04mol/L络合吸收液,气液流量比为125：1,超重力水平为200g,温度为298K,进口NO浓度为1000ppm时,压力为0.35MPa时,NO的脱除率最高,可达95%。
王思文[4]2016年在《定—转子反应器中的流体流动和可视化研究》文中进行了进一步梳理随着对反应过程中的微观混合与传质效果的要求越来越高,许多设备被研发出来,而定-转子反应器(Rotor-stator Reactor,RSR)就是其中的一种。定-转子反应器利用超重力技术原理,通过转子环与定子环的相对运动产生强大的离心力,将液体剪切为微小的液滴、液丝和液膜,达到强化反应的目的。目前在纳米材料的制备方面,RSR已经得到了成功应用。本论文主要开展RSR的基础研究为主要内容,内容包括：RSR内液体流动形态的观测与研究,压降的观测与研究,探索各种实验条件对结果的影响。具体的研究结果如下：1.针对水在RSR中的流动行为开展可视化研究,通过高速摄像机对不同条件下的液滴进行记录,得到其直径和速度。从定/转子甩出后,空腔区中的液滴的直径范围在286-1310微米之间,液滴的速度在1.56-10.06m/s之间。2.对RSR的干床压降和逆流湿床压降进行实验,发现随着转子转速和气量的增加,RSR的干床压降和逆流湿床压降不断增加。随着液量的增加,湿床压降先降低后升高。实验条件相同时,干床压降要高于逆流湿床压降。3.对RSR的干床压降进行FLUENT模拟,得到与实验部分相同的结论。同时,模拟结果显示,随着定/转子层数的增加,RSR的干床压降也会增加。4.利用VOF模型对RSR内的液相流动进行模拟。结果显示：模拟得到的结果与可视化部分的结果吻合度较高,具有很好的参考价值。
王洋[5]2016年在《超重力机内流体流动特性研究》文中指出超重力旋转填充床内部流体流动复杂,不同区域传质效率差异明显,掌握填料内部流体的流动特性对于旋转填充床的研究有重要的意义。本文在前人研究的基础上,使用计算流体动力学软件对旋转填充床内填料剪切流体进行模拟,获取填料中流体流动的相关数据,结合现有的传质理论对不同区域进行分析,掌握端效应区高传质效率所对应的流体流动特性。本文从旋转填充床物理模型的建立以及计算模型的选择出发,先以单根填料丝模型进行模拟,获取填料剪切液体的过程,进而模拟多层填料的旋转填充床,将多层填料中不同位置的填料丝剪切流体数据与单根填料丝数据进行对比,发现端效应区与填料主体区流体流动特性与传质效率的关系。模拟单根填料丝剪切出射液柱表明,填料丝在剪切液体的过程中填料表面液体与液体主体形成速度差产生旋涡,填料丝运动路径上形成气体通道,通道两侧液体表面在旋涡的作用下快速更新。其中,填料丝直径、转速及表面性质均影响填料丝剪切液体效果。模拟多层填料剪切出射液柱,通过分层统计液体的流动形态、速度分布以及湍流程度数据,得出旋转填充床中端效应区的厚度,通过对比端效应区与填料主体区、空腔区的液体流动特性,发现端效应区的液体的离散程度要低于填料主体区与空腔区,涡量值要高于二者。同时,液体涡量值随填料厚度的变化趋势与传质效率变化趋势一致,进而推断出填料剪切流体形成的高更新率液面具有极好的传质效果。端效应区传质效率高于填料主体区及空腔区的原因在于端效应区填料与液体间存在较大的速度差,剪切过程可以形成高湍流气液相界面,极大强化传质效果。
孙宝昌[6]2012年在《旋转填充床中耦合吸收CO_2和NH_3的研究》文中研究表明旋转填充床（即超重力机，RPB）是一种新型的强化相间传质和多相混合的设备，主要由装有填料的转子组成。由于转子的高速旋转，使流经转子填料上的液体受到远大于地球重力的离心力的作用（通常为几十到几百个重力加速度），经过液体和填料间的持续碰撞，液体的湍动效果、表面更新速度都得到了加强，从而大幅度提高了RPB中的微观混合和传质效果。鉴于RPB在强化传质和混合方面具有独特的优势，该设备已经应用于气体吸收、脱硫、纳米材料制备、水处理、精馏等化工过程。多组分气体耦合吸收是一种近年来兴起的吸收处理方法。采用新的技术进行耦合吸收能减少生产工序和大幅降低生产成本，使生产企业的综合效益得到大幅提高。本论文主要进行了超重力机中耦合吸收CO_2和NH_3的机制和规律的研究，探索超重力环境下各工艺条件对耦合吸收NH_3和CO_2过程的影响规律，研究了RPB中盐溶液耦合吸收NH_3和CO_2制备无机微纳米材料，为NH_3、CO_2以及相关盐溶液的资源化利用提供新的解决途径。主要内容如下：1、以RPB为实验装置，对水和盐溶液耦合吸收NH_3和CO_2的过程特征和机制进行研究。通过采用正确的积分路线，衡算得到了精确的RPB设计方程和分区域设计方程，并建立了RPB中耦合吸收NH_3和CO_2时的吸收反应传质模型，经过验证，传质系数的预测值和实验值一致性较好，误差范围在百分之十以内。2、研究了水单独或耦合吸收NH_3和CO_2时，各工艺参数如氨碳比、气体和液体体积流量、超重力机转速、体系温度等对NH_3和CO_2吸收传质效果的影响规律。获得本实验的最适宜操作条件：转速为1000rpm，液体流量为200L h~(-1)，气体流量为2400L h~(-1)，氨碳比为2，温度为293K。在最适宜条件下NH_3的吸收率可以达到99.2%，传质系数为1.8×10~(-4)mol Pa~(-1) m-3s~(-1)；CO_2的吸收率可以达到50.6%，传质系数为2.6×10~(-5)mol Pa~(-1) m-3s~(-1)。3、研究了超重力机中饱和氯化钠溶液耦合吸收NH_3和CO_2时，各操作参数如气体和液体体积流量、超重力机转速、氨碳比、体系温度等对NH_3和CO_2传质系数的影响规律。确定了实验条件下饱和氯化钠溶液耦合吸收NH_3和CO_2的最适宜工艺参数：转速为800rpm，液体流量为25L h~(-1)，气体流量为1100L h~(-1)，氨碳比为2，温度取室温293K，在该条件下，NH_3的吸收率可以达到99.04%，传质系数为7.4×10~(-5)mol Pa~(-1) m-3s~(-1)，CO_2的吸收率可以达到42.2%，传质系数为8.1×10~(-5)mol Pa~(-1) m-3s~(-1)。4、进行了超重力机中CaCl_2溶液耦合吸收NH_3和CO_2制备纳米CaCO_3的研究。探索体系温度、超重力机转速、液体循环量、原料液浓度、气体流量等操作参数对CaCO_3颗粒物性的影响，获得了本实验中的最适宜工艺参数：温度为293K、转速为1000rpm、气体体积流量是2400L·h~(-1)、液体体积流量是200L·h~(-1)、初始CaCl_2浓度为0.2mol·L~(-1)、CO_2和NH_3的初始浓度分别为7%和14%。在最佳实验参数下，制备出的纳米CaCO_3产品的颗粒度大约为50nm，粒度分布为10-80nm。该方法为CaCl2废液以及NH_3和CO_2气体的资源化利用提供了一条有效途径。5、进行了RPB中氯化镁溶液耦合吸收NH_3和CO_2制备碱式碳酸镁的研究。通过实验对产物的XRD，SEM分析，考察了RPB转速、气体流量、液体流量及氯化镁溶液的初始浓度、反应温度等各操作条件对产物形貌、结构以及尺寸的影响规律。获得了在本实验参数范围内的最适宜操作参数：转速1100rpm，液体流量300L h~(-1)，气体流量1000L h~(-1)，氯化镁溶液的初始浓度为0.3mol·L~(-1)，CO_2和NH_3的初始浓度分别为6%和12%，反应温度为343K。在该条件下，得到了碱式碳酸镁的平均粒径为5.3μm，纳米片厚度为25nm，粒度分布2.8-7μm的碱式碳酸镁。随着对该方法的进一步深入研究，可望为卤水以及含NH_3和CO_2气体的资源化利用提供了一条新的解决途径。
齐学振[7]2017年在《折流式旋转床（RZB）微观混合和液—液传质性能及其应用研究》文中研究指明作为最受关注的过程强化技术之一,超重力技术已经成为化学工程学科研究的前沿和热点方向之一。与普通的旋转填料床相比,折流式旋转床具有诸多优点。其中,独特的动静转子结构有利于改善液体进口处的“端效应区”,使得折流式旋转床具有更优异的微观混合性能和液-液传质强化性能,使其在“受传质和分子混合限制”的化学反应制备化学品的应用领域具有巨大潜力。本文从折流式旋转床的微观混合和液-液传质强化两个特性研究出发,开展实验研究,并且第一次将其应用于羟醛缩合制备化学品的过程强化中。主要工作和研究结果如下:1、采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系,对折流式旋转床(RZB)的微观混合性能进行研究,分别考察了超重力因子β、液体入口总流量uin、H+浓度、反应物体积流量比VA/VB对RZB反应器离集指数Xs的影响;并与三通混合装置、旋转填料床(RPB)对离集指数Xs的影响进行对比。实验结果表明:在本实验范围内,折流式旋转床实验所得到的离集指数XS在0.01~0.05之间,显示出了较三通混合装置优越的微观混合性能;另外,由实验结果可知RZB反应器的微观混合性能略优于RPB反应器。2、以大豆油-异丙醇-水为实验体系,研究了折流式旋转床(RZB)强化物理萃取传质的性能。考察了超重力因子β、液体入口总流量uin和水油两相体积流量比?等主要操作参数对萃取级效率η影响;并在相同操作条件下,进一步探究了折流式旋转床(RZB)萃取传质性能与微观混合性能之间的定量关系。实验结果表明:对比于传统搅拌萃取装置,折流式旋转床萃取性能更加优异。它能够使液滴粒径瞬间达到微米级水平,具有优异的微观混合特性,能有效的强化物理萃取传质过程。在折流式旋转床(RZB)反应器内,萃取传质性能与微观混合性能密切相关。在实验操作条件下,超重力因子β逐渐增加到263时,离集指数Xs减小为0.020,对应的萃取级效率η逐渐增加到94.2%,萃取级效率η随离集指数Xs的减小而逐渐增加,说明随RZB着反应器微观混合效果的提高,萃取传质效果也逐渐提高,但两者并不呈线性关系。3、采用异戊醛和丙酮进行羟醛缩合反应制备甲基庚烯酮的生产工艺,将折流式旋转床反应器用于强化反应过程。考察了超重力因子β、反应温度T、碱浓度?和异戊醛与丙酮物质的量比?等操作条件对异戊醛转化率X、甲基庚烯酮选择性S和收率Y的影响,并对目的产物甲基庚烯酮(MHK)进行了核磁共振氢谱(1H-NMR)、核磁共振碳谱(13 CNMR)和GC-MS的表征,以确定其分子结构。实验结果表明:RZB反应器可以有效强化异戊醛和丙酮羟醛缩合反应,当碱性催化剂用量为物料的40%,循环流量为150L/h时,控制适当温度和异戊醛丙酮物质的量比,碱性催化剂浓度为4.2%,超重力因子为263时,异戊醛转化率为88.6%,甲基庚烯酮的选择性和收率分别达到93.3%和82.7%。相同操作条件下,与机械搅拌装置强化效果对比,RZB反应器强化下的异戊醛转化率提高了20%,选择性提高了30%。
吕庭光[8]2013年在《双层动折流板式旋转床的水力学性能研究》文中研究说明超重力旋转床是一种新型气液传质设备,利用旋转产生的离心力驱动液相流体流动,与压差驱动的气相流体接触传质。具有传质效率高、操作稳定、结构简单、抗液泛性能强、适用于多种工作场合等优点,应用前景广阔。首先,本文考虑折流式超重力旋转床的优缺点,基于大连理工大学化工机械学院设计旋转机械的经验,设计双层动折流板式超重力旋转床。其核心部件塔板,由互相嵌套配置的动静塔板组成,动静塔板上分别装有动静折流板。本设备的创新点在于将传统折流式超重力旋转床动静折流板的“一比一”设置,改为“二比一”设置。即两圈动折流板对应一圈静折流板,增强动塔板对液相流体的驱动作用,同时减小静折流板后侧的低效传质区域,增加设备的空间利用率。不仅具有传统超重力旋转床的普遍优点,还具有其自身独特的优势。其次,完成设备加工,搭建实验平台,通过两相流体实验研究设备的流体力学性能,实验结果表明：(1)对于特定结构样式的超重力旋转床,干湿床压降都随着动塔板转速、气相流体流量、动静折流板板沿差的增加而增加；加装高度为64mm动静塔板的超重力旋转床干床压降小于加装高度为54mm动静塔板的超重力旋转床干床压降；利用非线性回归得到超重力旋转床的干湿床压降经验关联式；(2)超重力旋转床的动塔板转速较低时,其湿床压降大于同种工况下的干床压降,但是当动塔板的转速较高时,其湿床压降小于同种工况下的干床压降。(3)超重力旋转床的抗液泛性能随着气相流体流量、液相流体流量、动塔板转速的增加而降低。加装高度为64mm动静塔板的超重力旋转床抗液泛性能优于加装高度为54mm动静塔板的超重力旋转床；最后,建立超重力旋转床的数值模型,模拟并讨论设备的单相流场,结果如下：(1)逆向进气的超重力旋转床干床压降较大的原因是流入的气相流体在被超重力旋转床的动塔板俘获时,出现反流,具有漩涡损耗。(2)气相流体在向超重力旋转床内部流入时,如果动塔板线速度方向与气相流体入口速度方向相反,则气相流体在流入动塔板作用区域时,获得与动塔板相同的切向速度,入口气速对切向速度大小无影响。(3)气相流体在超重力旋转床的动塔板中心处具有最大的轴向速度。
翁展[9]2015年在《超重力液相磺化法强化制备磺酸盐表面活性剂及其机制研究》文中指出磺酸盐表面活性剂是最常用、产量最大的阴离子表面活性剂之一,其广泛地应用于化妆品、纺织、洗涤剂、涂料、制药、食品、矿产、及石油等行业。磺酸盐表面活性剂主要以烷基苯和SO3为原料,经过磺化反应制备得到。目前国内外主流的磺化工艺是采用气相SO3降膜式磺化工艺,原料在降膜反应器中成膜流动,当有机物料转化率较高时,体系黏度急剧增大,致使液膜膜厚增加2-4倍以上,传热、传质阻力增大,极易因为局部的浓度不均和热量过高导致焦化或者过磺化等副反应发生,影响产品质量。采用溶剂稀释的液态SO3作为磺化剂可以有效地解决上述问题,但是液相SO3磺化工艺对微观混合、传递与反应的匹配提出更高要求。搅拌釜反应器、多级串联槽等传统液相磺化反应器很难满足快速而均匀的混合的要求,因此需要寻求一种具有良好混合效果的反应器来满足液-液磺化工艺的要求。超重力技术是一种典型的化工过程强化手段。超重力反应器(旋转填充床,RPB)作为实现超重力强化技术的主要设备能够显著地强化传质和微观混合。液体与高速旋转的填料发生碰撞,经过不断地破碎、聚并作用,从而使其高度分散,相界面快速更新,极大地强化了微观混合。该强化技术现在已经应用于气体吸收、纳米材料制备、混合-反应过程强化等领域。在前人的研究基础上,本文分析了磺化反应过程中存在的问题及原因,提出了超重力液相磺化法强化制备磺酸盐表面活性剂的研究,主要工作内容如下：1、以纯组分甲苯的磺化为研究对象,采用母液循环的方法,制备出高纯度的对甲苯磺酸产品。研究结果表明：液相磺化剂的浓度以及反应的温度对产品异构体的选择性有重要影响；较低浓度的磺化剂,有利于提高对位异构体的选择性；温度升高会使邻位异构体向间位异构体转变,对对位的影响不大；而超重力反应器的转速对产物异构体的选择性影响不大,但是可以显著降低副产物砜的生成。母液多次循环的操作方式可以显著降低邻位、间位异构体的选择性,提高对位异构体的选择性,同时还可以抑制砜的生成。当母液循环超过三次时,对位异构体的选择性相对于不循环时提高15.38%,邻位和间位异构体的选择性分别降低71.83%及56.12%；砜的生成量降低94%以上。2、以工业直链十二烷基苯同系物混合体系以及重烷基苯复杂混合物体系为研究对象,分别采取半连续操作方式及连续的操作方式,进行了复杂有机体系混合物的超重力磺化强化研究。实验考察了各种工艺条件对产品色泽、含量的影响,结果表明在半连续操作过程中,超重力水平G为40-60,反应温度40-50℃,磺化剂浓度为10-30%,三氧化硫与LAB的摩尔比在1.1时,老化时间为10-20 mmin,产物中LAS的含量可以达到96.58%,游离油的含量处于2.0%以下,产品有良好的色泽,满足合格品的要求；在连续操作过程中,当超重力水平为59-85,液体流量为40-73L.h-1,磺化剂浓度为20-30%,磺化剂用量为1.1-1.2,反应温度在40-45℃时,反应时间为3-4 min, HABS的含量可以达到85-88%。实验结果还表明RPB反应器并不只是提供了物料的混合,更是反应发生的主要场所。3、将简化的芳烃磺化动力学模型和聚并-分散模型相结合,构建了描述RPB内的芳烃磺化反应过程的数学模型。并模拟计算了超重力反应器的转速、液体流量、反应温度及磺化剂浓度对产品含量的影响规律,模型计算与实验的误差在±12%以内,表明模拟结果与实验值吻合良好。4、以复杂的石油馏分为主要原料,采用超重力液相磺化工艺,进行了无碱驱油用超低油水界面张力石油磺酸盐表面活性剂的制备研究。综合考察了温度、溶剂量、磺化剂用量、转速、反应时间等对石油磺酸盐组分含量及油水界面性能的影响。结果表明：超重力反应器对磺化石油馏分过程有明显的强化效果,可以有效地避免结焦、氧化等副反应；跟常规搅拌釜反应器的磺化效果相比,提高活性物含量可达11%(绝对值)。5、对合成的石油磺酸盐表面活性剂,初步进行了油水界面张力性能测试,为油田开发二元复合驱油提供借鉴基础。主要结果如下：该石油磺酸盐的临界角团浓度为0.0092%,对应的γCMC为0.00205 mN.m’。而且在浓度0.005%至1.0%范围内,该石油磺酸盐表现出了良好的油水界面性能、抗盐性能以及稳定性能。增加水相的黏度,减缓表面活性剂向界面的扩散速度,可以消除油滴的不均匀变化,但是不能改变油水最终的平衡张力值；改变表面活性剂的结构,增加重组分含量,不但可以消除油滴的不均匀变化,而且可以降低油水平衡值。这对驱油用表面活性剂的制备及超低界面张力的产生具有实际指导意义。
鲍铁虎[10]2002年在《超重力旋转床流体力学和传质性能的研究》文中研究说明旋转填料床是八十年代初发展起来的新型超重力场气液传质设备。它利用旋转产生的远大于重力的离心力，使气液在高度湍流下接触，强化传质过程，提高传质效率。 自20世纪80年代以来，国内外陆续有一些公司和大学对旋转填料床进行了研究，研究主要包括填料的改进、流体力学和传质性能等几个方面。本文是在浙江工业大学对旋转填料床气相压降研究的基础上，通过改进转子的结构，对两种不同类型的旋转床的传质效率、气相压降进行进一步的研究，并初步建立了旋转床传质模型。 本文设计了一个气液接触充分、停留时间适当的新型折流式转子结构。这种结构是在转子内安装圆环状折流薄片，上下折流板间留有一定空隙，其中上层折流板固定，下层折流板随转子一起转动，使液体在转子中由内向外流动的过程中不断地被粉碎、雾化，增加了气液接触面积和表面更新频率；气液逆流绕过交错的折流板适当增加了气液在转子中的停留时间，从而显著地提高了传质效率。 本文在常压、全回流，转速为400～1200rpm的条件下，以乙醇-水为物系，对旋转床的压降和传质效率进行了研究。试验中分别改变回流液量和转子旋转速度大小，测量顶部回流液乙醇浓度、底部再沸器内的乙醇浓度和流经旋转床的气相压降。建立了气相压降关于旋转速度、气液流量的关联式；获得了传质效率随转速、回流量变化的关系，并初步建立传质效率的理论模型。 改变旋转床的转子结构，在相同的操作条件下，进行压降和传质效率的研究。这些改变包括：(1)扩大转子的外径，使转子上下折流板数增加50％；(2)使转子的上折流板和下折流板一起随转子转动；(3)在折流板间装填拉西环。 实验的结果表明： 1．在相同的气液流量下，旋转床的转速越大，其传质效率就越高； 2．在固定的转速下，旋转床的传质效率随气液流量的增加略有下降，但基本保持在一定值； 3．折流式旋转床的气相压降随着转速和气液流量的增大而增大；旋转填料 浙江工业大学硕士学位论文 摘要 床的气相压降随着转速和气体流量的增大而增大，随着液体流量的增大 而减小。 4．在液体流量为 251／h，转速为 1200r／min的操作条件下，转子直径为 500mm的折流式旋转床获得了9．8块理论塔板的分离效果，相当于每米 49块理论板数； 5．在折流板之间填充拉西环的折流式旋转床的传质效率远低于折流式旋转 床的传质效率。 在实验中还使用数码相机对高速旋转的折流板式转于进行摄像，在曝光时间 极短的情况下，得到了转于内液体运动的瞬间图象，从而观察到了转子内液体被 粉碎成微小液滴的现象。
参考文献：
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[2]. 旋转床内液体流动与传质的实验研究和计算模拟[D]. 张军. 北京化工大学. 1996
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[5]. 超重力机内流体流动特性研究[D]. 王洋. 北京化工大学. 2016
[6]. 旋转填充床中耦合吸收CO_2和NH_3的研究[D]. 孙宝昌. 北京化工大学. 2012
[7]. 折流式旋转床（RZB）微观混合和液—液传质性能及其应用研究[D]. 齐学振. 浙江工业大学. 2017
[8]. 双层动折流板式旋转床的水力学性能研究[D]. 吕庭光. 大连理工大学. 2013
[9]. 超重力液相磺化法强化制备磺酸盐表面活性剂及其机制研究[D]. 翁展. 北京化工大学. 2015
[10]. 超重力旋转床流体力学和传质性能的研究[D]. 鲍铁虎. 浙江工业大学. 2002
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