超聲波耦合旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器微觀混合及傳質(zhì)性能研究.pdf

1、目前，化學(xué)工業(yè)過程正朝著高效節(jié)能、可持續(xù)、清潔安全的趨勢發(fā)展。作為節(jié)能減排的重要途徑之一，過程強(qiáng)化技術(shù)能通過對液液混合及相間傳遞過程的強(qiáng)化，解決選擇性低、收率低、系統(tǒng)分離負(fù)荷大等過程問題，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。過程強(qiáng)化技術(shù)可分為設(shè)備和工藝兩個方向，超重力技術(shù)和超聲波分別是這兩方面的典型代表。
　　超重力技術(shù)的核心設(shè)備是旋轉(zhuǎn)填充床（Rotating Packed Bed，簡稱RPB），它可以強(qiáng)化微觀混合和傳質(zhì)性能。旋轉(zhuǎn)填充床經(jīng)過幾

2、十年的發(fā)展，研究的重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向其內(nèi)構(gòu)件的創(chuàng)新設(shè)計，如轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、液體分布器等。超聲波依靠空化作用使液體中空化泡振蕩、生長、收縮直至崩潰，繼而產(chǎn)生一系列的機(jī)械效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)。機(jī)械效應(yīng)帶來的攪拌、微擾、湍動作用能大大加強(qiáng)混合和傳質(zhì)過程，且化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的高溫高壓，能改變反應(yīng)的形態(tài)、速率等。
　　本課題在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)填充床的基礎(chǔ)上，從設(shè)備和工藝兩個方面出發(fā)，首次將超聲波探頭作為定子引入到旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子區(qū)域中，創(chuàng)新性地設(shè)計出一種新型的超聲耦合旋轉(zhuǎn)填充床

3、反應(yīng)器，利用超聲的強(qiáng)化作用耦合旋轉(zhuǎn)填充床對微觀混合及氣液傳質(zhì)過程進(jìn)行研究:
　　(1)本文首先對超聲耦合旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了說明和描述，設(shè)計了分別用于液液混合和氣液傳質(zhì)研究的液體分布器。并對其中4種用于液液混合研究的預(yù)混分布器進(jìn)行了宏觀混合性能模擬和分布器內(nèi)停留時間計算。研究結(jié)果表明，停留時間較長的L-Distributor和O-Distributor的宏觀混合性能較優(yōu);在具有相同停留時間的Y-Distributor中

4、，90°-Y-Distributor的宏觀混合性能優(yōu)于60°-Y-Distributor。
　　(2)采用碘化物碘酸鹽體系，對超聲耦合旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器進(jìn)行了微觀混合性能研究。結(jié)果表明，對于4種預(yù)混分布器，裝有90°-Y-Distributor的旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器微觀混合性能最優(yōu)。與非預(yù)混分布器相比，預(yù)混分布器有助于旋轉(zhuǎn)填充床微觀混合性能提高，且預(yù)混分布器對旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器微觀混合性能影響是由其宏觀混合性能和液體的停留時間共同決定的。

5、安裝到旋轉(zhuǎn)填充床以后，并一步研究了超聲波對裝有90°-Y-Distributor預(yù)混分布器旋轉(zhuǎn)填充床微觀混合性能的影響。研究結(jié)果表明，超聲耦合到旋轉(zhuǎn)填充床之后，旋轉(zhuǎn)填充床微觀混合性能得到了一定幅度的提高，超聲的強(qiáng)化作用對液液混合起到了促進(jìn)作用;同時旋轉(zhuǎn)填充床微觀混合性能隨著超聲功率、轉(zhuǎn)速、液量的增加而增加，隨著H+濃度、流量比和粘度的增加而降低。
　　(3)采用NaOH吸收CO2為超聲耦合旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器傳質(zhì)實(shí)驗體系，研究了轉(zhuǎn)速、