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曝气塔中多相流相间作用与传质过程研究

作　者: 姜春莉
导　师: 王栋
学　校: 大连理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 曝气塔氧传质系数充氧能力充氧动力效率
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为了达到降低能源消耗目的,多相流传质在很多污水处理、化工过程中应该被考虑到。目前,对于传质的特性、影响传质的因素以及影响机理的研究尚在进行,且仍需进行深一步的探讨。基于各种物理化学因素对水中氧传质有着不同的作用,本文在高1 m,直径0.15 m的曝气塔中对影响充氧曝气的操作工况（温度、曝气量、水深）和多相流中的添加物（表面活性物质、电解质、固体填料等）进行研究,并对实验结果进行理论分析,实验结果如下。1.系统中氧传质增强与空气流量的增大不是简单的线性关系,从节省能耗角度考虑,适当增加空气流量有利于传氧。温度的升高对气相流动加快、气泡破裂起主要作用,因而尽管氧溶解度降低了,升高温度,仍可以增强传质。水的深度与氧传质关系应参考公式KLa1／KLa2=β·（h₂／h₁）1/3,其中β经验值为0.9。2.电解质对氧传质起到一定的抑制作用,电解质溶液中的盐度越大,离子强度越高,对氧传质的阻碍作用就越大。SDBS因为分子在膜表面富集,亲水基和疏水基排列紧密,使气体不易进入液相,这一作用比降低表面张力的作用强烈,因而SDBS对传质起的是抑制作用。CTAB溶液浓度低于CMC时,界面张力降低起主要作用,传质得到加强；浓度高于CMC时,胶束在溶液表面成层,阻碍了氧传质,因而传质作用是被削弱的。正丁醇溶液中则因为界面湍动产生的Marangoni效应而使传质过程持续加强。3.反离子对表面活性剂溶液氧传质的影响也很显著。NaCl对SDBS溶液传质的影响因为盐析作用使传质受到进一步的阻碍作用。NH4Br则是由于能够促进分子迁移到液相同时促使分子形成胶束而使传质过程减弱。此外,反离子还可以对表面活性剂溶液的表面张力、Zeta电位、黏性等其他性质产生影响。4.对海绵填料、十字填料和活性炭填料对传质的影响进行对比说明：海绵填料和十字填料疏松多孔、比重较低,能够切割气泡,促进湍流作用产生更利于传氧；活性炭尽管也中空,具有孔隙,但比重较高,不易流化,气速较高时才可以对传氧起到增强作用。本研究可为多相流反应器放大提供实验支持和理论参考,也可为进一步深入和接近工程条件下研究多相流中的传质和反应机理,控制反应速率提供研究基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-25
  1.1 前言  10
  1.2 传质理论发展概况  10-17
    1.2.1 传质简介  10-11
    1.2.2 传质理论简介  11-16
    1.2.3 国内外研究现状  16-17
  1.3 曝气机理  17-22
    1.3.1 曝气扩散机理  17-18
    1.3.2 影响鼓风曝气的因素  18-22
  1.4 第三组分对气-液传质的影响  22-23
  1.5 研究的目的、意义及内容  23-25
    1.5.1 研究的目的及意义  23-24
    1.5.2 研究的内容  24-25
2 实验部分  25-32
  2.1 实验目的与内容  25
    2.1.1 实验目的  25
    2.1.2 实验内容  25
  2.2 实验设备及实验药品  25-26
    2.2.1 实验药品  25-26
    2.2.2 实验设备  26
  2.3 充氧性能的表征  26-29
    2.3.1 氧总传质系数K_(La)  26-28
    2.3.2 充氧能力OC  28
    2.3.3 氧的利用率Φ  28-29
    2.3.4 动力效率EP  29
  2.4 实验装置及实验方法  29-32
    2.4.1 溶解氧的测定  29-30
    2.4.2 表面张力的测定  30-31
    2.4.3 Zeta电位的测定  31
    2.4.4 粒度的的测定  31-32
3 操作工况对水中曝气氧传质的影响  32-37
  3.1 空气流量对氧传质的影响  32-33
  3.2 温度对氧传质的影响  33-34
  3.3 水深对氧传质的影响  34-36
  3.4 本章小结  36-37
4 多相流传质的影响因素研究  37-60
  4.1 电解质对传质的影响  37-38
  4.2 表面活性剂对氧传质的影响  38-54
    4.2.1 阳离子表面活性剂  39-42
    4.2.2 阴离子表面活性剂  42-44
    4.2.3 醇类物质  44-46
    4.2.4 阴阳离子表面活性剂和正丁醇对氧传质的影响比较  46-48
    4.2.5 添加反离子  48-54
  4.3 固体填料对充氧性能的影响  54-58
    4.3.1 对比不同表观气速下三种填料对体系传质性能的影响  54-55
    4.3.2 填料体积分数对体系传质性能的影响分析  55-56
    4.3.3 填料提高体系传质性能的综合比较与结果分析  56-58
  4.4 本章小结  58-60
结论  60-62
参考文献  62-67
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  67-68
致谢  68-69

曝气塔中多相流相间作用与传质过程研究

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