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气提系统的冷态模拟及工业应用

作　者: 王良
导　师: 张书良
学　校: 河南工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 气提系统气含率表观气速冷态模拟
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

气提系统是用于气-液或者气-液-固相过程的接触性反应装置,具有结构简单、造价低、易密封、能耗低等优点。气提系统有利于反应物的混合、扩散、传热和传质。因此气提系统在工业上得到了广泛的应用,对其进行深入研究对于此类反应器的设计和放大具有重要意义。表征气提系统内流态、传质和混合性能的参数包括气含率、表观气速、循环液速、液位差等以及操作参数和结构参数如高径比、管径比等。本研究对气提装置进行优化改装,在不同条件下对操作参数与结构参数进行冷态模拟研究,并将试验结果初步应用于工程实践中。在空气-水体系中,研究了不同有效水深、管径比和高径比时,表观气速、液体循环量(液体循环液速)、气含率、液位差之间的关系。研究结果表明,在一定的有效水深条件下,当气速比较低时,上升管中的局部气含率随着表观气速的增加而增加,但是随着表观气速的继续增大,到通气速度达到0.017~0.021 m/s时,气含率的增幅比较大;液体循环速度随着表观气速的增加而增加,根据实验数据得出上升区液体循环速度与表观气速的关系式为:液位差随着表观气速的增加而增加,并且其增幅比较大。在不同有效水深的条件下,液体循环量随着表观气速的增加而增加,并且其变化趋势是一致的,但是当有效水深为160 cm时,其增加的液体循环量相对有效水深为161 cm时更快;而气含率受到有效水深的影响比较小。在相同的表观气速条件下,上升管高径比较大时,随着表观气速的增加,其液位差、液体循环量的增加得越快;高径比大的上升管,其局部气含率随着表观气速的增加比高径比小的要快。在相同有效水深和表观气速的条件下,管径比越大,液体循环量越大;随着管径比的增加,上升管的气含率却随之下降;管径比越小,液位差就越大。气提系统应用于某化工厂的废水处理工程,通过运行可知处理结果好,能够满足工程的需要,为气提系统的工业化应用提供了参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
符号说明  9-11
第一章绪论  11-23
  1.1 气提系统的工作原理及特点  11-12
    1.1.1 气提系统的工作原理  11
    1.1.2 气提系统的特点  11-12
  1.2 气提系统结构的研究  12-17
    1.2.1 结构特性研究  12-13
    1.2.2 气提系统的高径比  13-14
    1.2.3 气体分布器  14-15
    1.2.4 外循环气提系统中心距  15
    1.2.5 上升管与下降管的直径比  15
    1.2.6 气液分离器  15-16
    1.2.7 内部构件  16-17
  1.3 气提系统的操作参数研究  17-19
    1.3.1 表观气速  17
    1.3.2 液位高度及液相性质  17-18
    1.3.3 固相性质及固含率  18-19
  1.4 气提系统的国内外应用现状  19-21
    1.4.1 在生物工程中的应用  19-20
    1.4.2 在化学工业的应用  20
    1.4.3 在环保领域的应用  20-21
    1.4.4 在其他领域的应用  21
  1.5 立题依据及意义  21
  1.6 研究内容  21-23
第二章气提系统流体力学参数的测定技术研究  23-33
  2.1 气含率  23-26
    2.1.1 理论研究  23
    2.1.2 气含率的实验研究  23-25
      2.1.2.1 电导探针法  24
      2.1.2.2 床层膨胀法  24-25
      2.1.2.3 压差法  25
    2.1.3 各区域气含率的测定方法研究  25-26
    2.1.4 气含率的影响因素  26
  2.2 循环液速  26-30
    2.2.1 循环液速的理论研究  26-27
    2.2.2 循环液速的测量方法研究  27-30
      2.2.2.1 光学脉冲示踪法  27-29
      2.2.2.2 电导脉冲示踪法  29
      2.2.2.3 浮子法  29-30
    2.2.3 循环液速的影响因素分析  30
  2.3 固含率  30
  2.4 气泡大小及其分布  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章气提系统的冷态模拟  33-47
  3.1 实验流程与实验设备  33-35
    3.1.1 实验流程  33-34
    3.1.2 实验设备与仪器  34-35
  3.2 实验方法  35-36
    3.2.1 上升区局部气含率ε_G 的测定  35
    3.2.2 循环液速U_L 的测定  35
    3.2.3 表观气速U_G 的测定  35
    3.2.4 液位差的ΔH 测定  35-36
  3.3 实验工况设计  36-37
    3.3.1 反应器内部流动状态  36-37
    3.3.2 实验工况设计  37
  3.4 实验步骤  37
  3.5 实验注意事项  37-38
  3.6 结果与讨论  38-46
    3.6.1 操作参数对气提系统性能影响分析  38-42
      3.6.1.1 表观气速对局部气含率的影响  38-39
      3.6.1.2 表观气速对液体循环速度的影响  39
      3.6.1.3 表观气速对液位差的影响  39-40
      3.6.1.4 有效水深对气提系统的影响  40-41
      3.6.1.5 液体循环量对液位差的影响  41-42
      3.6.1.6 液体循环速度对气含率的影响  42
    3.6.2 反应器结构参数对气提系统性能的影响  42-46
      3.6.2.1 不同高径比H/D 对反应器内流动性能的研究  42-44
      3.6.2.2 上升管管径与反应器管径之比D_1/D 对反应器性能的影响  44-46
  3.7 本章小结  46-47
第四章气提系统的工业应用  47-52
  4.1 项目概述  47
  4.2 设备与构筑物  47
  4.3 气提系统的计算  47-50
  4.4 本章小结  50-52
第五章结论与展望  52-54
  5.1 结论与展望  52-53
  5.2 论文的创新之处  53-54
参考文献  54-59
致谢  59-60
个人简历  60

气提系统的冷态模拟及工业应用

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