泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)填充床傳質(zhì)性能研究.pdf

1、作為過(guò)程強(qiáng)化的典型代表之一，超重力技術(shù)目前已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)室走向了工業(yè)化應(yīng)用。超重力技術(shù)的核心裝備是旋轉(zhuǎn)填充床，而填料則是旋轉(zhuǎn)填充床的重要組成部分，它是混合與傳遞發(fā)生的主要場(chǎng)所。選取合適的填料類型和優(yōu)化其結(jié)構(gòu)是進(jìn)一步提高傳質(zhì)效率的重要措施之一。采用優(yōu)化旋轉(zhuǎn)填充床內(nèi)部構(gòu)件來(lái)提高設(shè)備能效也已成為當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)。因此,對(duì)旋轉(zhuǎn)填充床內(nèi)新型填料的傳質(zhì)性能研究工作有著十分重要的意義。
　　本論文利用化學(xué)一步浸泡法對(duì)泡沫鎳填料進(jìn)行了疏水改性和表征，并

2、分別對(duì)改性前后泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)填充床的傳質(zhì)性能進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，擬合了傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。最后，進(jìn)行了泡沫鎳填料中流體流動(dòng)的可視化實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究了傳質(zhì)強(qiáng)化原因。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)經(jīng)過(guò)疏水改性后，泡沫鎳填料的表面接觸角增大約了25°，通過(guò)掃描電鏡的圖片可以看到在填料表面形成了球體，球體上布滿著微納米級(jí)的“花瓣?duì)睢比S結(jié)構(gòu)，此微納米結(jié)構(gòu)對(duì)填料表面的疏水性能起到了重要作用。
　　(2)改性前后泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)

3、填充床的有效傳質(zhì)比表面積和液相體積傳質(zhì)系數(shù)隨旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)速、液體流量和氣體流量的增大而增大。相同條件下，改性后泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)填充床比改性前泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)填充床液相體積傳質(zhì)系數(shù)平均提高約28％。改性前后泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)填充床的氣相體積傳質(zhì)系數(shù)隨旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)速、液體流量和氣體流量的增大而增大。相同條件下，改性后泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)填充床比改性前泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)填充床氣相體積傳質(zhì)系數(shù)平均提高約7％。通過(guò)改性前后泡沫鎳填料對(duì)液膜和氣膜控制體系傳質(zhì)系數(shù)強(qiáng)化

4、作用的比較可知，泡沫鎳填料旋轉(zhuǎn)填充床對(duì)于由液膜控制的傳質(zhì)過(guò)程表現(xiàn)出更加顯著的強(qiáng)化效果。進(jìn)一步對(duì)所獲得的傳質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式擬合，發(fā)現(xiàn)各傳質(zhì)系數(shù)的理論值與實(shí)驗(yàn)值吻合性較好，偏差維持在±15％之間。
　　(3)為進(jìn)一步探究改性填料的傳質(zhì)強(qiáng)化原因，采用自行研制的可視化平臺(tái)，研究改性前后填料對(duì)液體的切割分散作用。靜態(tài)可視化研究結(jié)果表明，改性后泡沫鎳填料對(duì)液滴具有更好的分散性。穿過(guò)改性后泡沫鎳填料而分散的液滴直徑比未改性的填料減小