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分散相颗粒强化膜吸收传质的模型化研究

作　者: 陈天宝
导　师: 张卫东
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 膜吸收气液传质有限体积法第三相微粒增强因子
分类号: TQ028
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

膜吸收技术是将膜分离技术与传统气体吸收技术相耦合的新型气体分离技术。在液相吸收剂中加入第三相微粒是强化气液吸收传质过程的重要手段之一。本课题在膜吸收过程中加入第三相固体微粒强化气液传质,建立了相应的传质模型。对无分散相粒子存在时的稳态板式膜吸收过程,以纯CO2-去离子水和纯CO2-NaOH溶液为研究体系,以传质微分方程为基础,采用有限体积法建立了液相流动条件下的稳态传质模型,模型考察了膜结构参数、化学反应强度和流体流动状态等影响因素,并求出了膜吸收过程的传质系数。对固相粒子强化稳态板式膜吸收传质过程,根据经典气液传输机理和表面更新理论,通过对传质区域进行划分,建立了稳态非均相模型。模拟过程以纯C02气体作为待吸收气体,以清水和不同pH值NaOH溶液作为吸收剂,考察了粒子固含率、膜接触器搅拌桨转速、粒子粒径、吸收剂流量、pH值和粘度等对膜吸收传质过程的影响。结果表明：膜接触器搅拌速率越快,粒子的增强因子越小,传质系数越大；粒子粒径越小,增强因子越大,但粒子粒径小到一定程度时,增强因子不再增大,而是基本保持不变；随着液相流速的增大,传质系数变大,但增强因子减小；吸收剂pH值在7-11范围内时,相同固含率下传质过程的增强因子变化不大,当pH值增大到12、13时,过程的增强因子和传质系数显著增大。模拟结果与实验值吻合较好。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章文献综述  14-34
  1.1 膜吸收技术概述  14-15
    1.1.1 膜吸收技术基本原理  14-15
    1.1.2 膜吸收技术的研究重点  15
  1.2 膜吸收过程传质模型  15-26
    1.2.1 经典气液传质基本理论  16-17
    1.2.2 膜吸收过程传质关联式  17-23
    1.2.3 膜吸收过程传质微分方程  23-25
    1.2.4 传质模型求解方法  25-26
  1.3 分散相粒子强化传统气液传质机理  26-32
    1.3.1 增强因子的定义  27-28
    1.3.2 分散相细颗粒对气液传质的影响  28-30
    1.3.3 分散相颗粒强化气液传质机理  30-32
  1.4 课题研究的目的和意义  32-34
第二章无分散相微粒存在时膜吸收过程的模型化研究  34-52
  2.1 膜的微观结构  34-35
  2.2 膜吸收过程传质模型的建立  35-39
    2.2.1 模型假设  35-37
    2.2.2 物理膜吸收  37
    2.2.3 化学膜吸收  37-39
  2.3 传质微分方程的离散  39-46
    2.3.1 控制容积网格划分  39-40
    2.3.2 物理吸收传质微分方程内部节点的离散  40-41
    2.3.3 化学吸收传质微分方程内部节点的离散  41-43
    2.3.4 外部节点的离散处理及边界条件的分析  43-46
  2.4 离散方程组求解  46-48
  2.5 膜接触器搅拌转速的表征  48-50
  2.6 本章小结  50-52
第三章固相粒子强化膜吸收传质过程的模型  52-74
  3.1 引言  52
  3.2 模型建立及求解  52-58
    3.2.1 模型假设  52-53
    3.2.2 模型建立  53-56
    3.2.3 模型参数  56-58
  3.3 结果与讨论  58-70
    3.3.1 膜接触器搅拌转速的影响  58-61
    3.3.2 粒子固含率及液相吸收剂流量的影响  61-65
    3.3.3 粒子粒径的影响  65-68
    3.3.4 吸收剂pH的影响  68-69
    3.3.5 吸收剂表观粘度的影响  69-70
  3.4 第三相粒子强化膜吸收过程的实验验证  70-73
    3.4.1 实验部分  70-72
    3.4.2 实验与模型的对比结果与讨论  72-73
  3.5 本章小结  73-74
第四章结论  74-76
参考文献  76-82
致谢  82-84
研究成果及发表的学术论文  84-86
作者和导师简介  86

分散相颗粒强化膜吸收传质的模型化研究

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