IJSR的传质特性研究

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近年来,面对严峻的环境和能源形势,全社会对节能降耗的要求越来越高。使用高效的混合传质设备成为化学企业提高竞争力的重要手段。在以苯二甲酸生产、己二酸生产为代表的过程工业中,气液反应体系被广泛使用。针对气液传质装备,气液界面的传质强化是反应过程中非常重要的目标,也是目前高效和节能传质装备研究的重要课题。经过几十年的实验研究和经验积累,人们发现在气液混合与传质过程中,喷射传质装置能够产生更好的混合效果、提供更高的传质系数,从而提高原料的利用率、产物的选择性和收率。在多相喷射传质装置的研究中,主要研究对象是气液两相反应,诸如对气液力学特性、混合特性、传质特性等的研究。气泡大小是影响气液反应界面传质和最终反应速率的重要流体力学参数。就确定的体系而言,传质装置的结构参数和操作参数会对气泡大小产生不同程度的影响,从而影响传质效果。反应过程的能效和物效与体系中的传质系数kG、kL和ks以及相界面积α等参数直接相关。这些参数受到气泡尺寸、分布、表观气速、气含率等因素的制约。对于确定的反应体系和反应条件而言,这些因素主要受到传质装置的结构尤其是搅拌和混合方式的影响。对于传质过程而言,kLα是一个宏观参数,它并没有充分反映气液传质界面及其两侧的详细信息。因此,为了获取更多微观信息,为了更好的理解气液传质机理,KL和a应该分别研究,这样能更好地帮助我们确定哪个因素(kL还是α)控制着传质过程。本文利用溶氧法测定体积传质系数kLa,通过合作建立了一种数字图像分析方法以测定气液相界面积a,进而得到液相传质系数kL,对实验室自行设计的一种气液混合传质装置IJSR的传质特性进行了研究。探讨了传质装置的结构参数和操作参数对于其传质特性的影响,从而更好的理解装置的传质机理,为装置的优化提供设计依据。通过我们的研究,发现下降管的孔数对于装置的传质效果没有显著影响,但是下降管的开孔率对于传质效果有影响。小开孔率的下降管通过限制表观气速vg的增大来限制气液相界面积a的提升,从而对传质效果(kLa)产生不利影响。开孔率对于kL并没有这种影响。从操作参数的角度来看,体积传质系数kLa与表观气速vg之间存在二次函数关系,这是由于气液相界面积a与vg之间存在二次函数关系导致的。静态液位高度对于体系的传质效果是有影响的,在我们所研究的高度范围内存在一个最优高度,但静态液位高度对于a和kL的影响是不同的。静态液位高度越高,气液相界面积a越小,这种现象在表观气速vg越大的工况下越明显。存在最优高度主要是因为在较高的表观气速下,对于kL存在一个最优的液位高度。
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