功能性填料在超重力旋转填料床中的应用和研究进展

填料作为旋转填料床的核心部件,是物料微观混合和传质反应过程发生的重要场所。填料的结构、材质组成、填装方式决定了填料的功能性,进而直接影响到旋转填料床的传质性能、使用寿命和应用范围,故而增强填料的功能性显得尤为重要。功能性填料通过改变常用填料的表面性质、调节形态、设计结构等手段,使填料具有如吸附、催化、疏水等的功能特性,在提高旋转填料床的性能和运行效果方面表现出优异的成效。综述了在旋转填料床中功能性填料的主要分类与特点,总结分析了近年来功能性散装填料和规整填料在旋转填料床中的应用情况,从增强传质特性和改善液体流动行为方面分析了填料功能特性的体现,并对功能性填料的发展方向和工业化前景做出了展望。

旋转填料床精馏五亚甲基二异氰酸酯的应用研究

采用旋转填料床(RPB)分离纯化五亚甲基二异氰酸酯(PDI),得到了高含量、低水解氯、低色度的PDI单体。考察了再沸器温度、超重力因子(β)和回流比对PDI含量和收率、水解氯含量的影响。结果表明,在再沸器温度为100℃、操作压力为150 Pa、β值为400、回流比为4的条件下,RPB的分离性能最佳;PDI含量高达99.9%,收率为86.5%,水解氯可降至52 mg/L,色度10 APHA。与常规精馏塔相比,PDI含量提高了0.3%,收率提高了8.9%,分离时间缩短了50%,RPB适用于工业化制备高质量的PDI。

旋转填料床中O_3/H_2O_2法处理TNT红水

研究了在旋转填料床中O3/H2O2法处理TNT红水的特性规律。考察了超重力因子β、O3/H2O2摩尔比、红水初始pH值、液气比等因素对红水化学需氧量(COD)去除率的影响。结果表明,随着pH值的增大超重力因子β对COD去除率的影响增大,β大于100后COD去除率增大趋势变缓;最佳初始pH值为11左右;H2O2与O3最优摩尔比为1左右;COD去除率随液气比增大呈先增大后减小的趋势,适宜的液气比为0.25。

旋转填料床净化磷肥尾气中的氨气

针对当前磷肥生产工艺尾气中氨气的处理现状,采用旋转填料床代替传统塔设备,以酸性废水为吸收液,对脱除磷肥尾气中的氨气进行了中试研究。结果表明:在进气量500m3/h、气液比1000m3/m3、超重力因子90的条件下,吸收效率达到90%以上。经连续运转,系统运行稳定,处理后磷肥尾气中的氨气达到了国家排放标准。

错流旋转填料床中湿式氧化法脱除气体中硫化氢

以H2S和空气模拟含硫工业气体,以错流旋转填料床为脱硫设备,采用湿式氧化法进行脱硫实验。考察了气/液体积比、气体流量、超重力因子、Na2CO3浓度、原料气中H2S含量等工艺参数对脱硫率和气相总体积传质系数的影响规律。研究结果表明,在气液接触时间小于1s的情况下,脱硫率达到95%以上。错流旋转填料床湿式氧化法脱硫工艺可实现快速、高效脱硫,且脱硫设备体积小、操作弹性大、节能降耗,具有工业化应用潜力。

化学吸收法测定多级离心雾化旋转填料床有效相界面积及体积传质系数

对多级离心雾化旋转填料床的有效相界表面积及体积传质系数，用化学吸收法做了实验测量。实验结果表明：多级离心雾化旋转填料床不仅具有超低气阻，而且可产生良好的喷雾扩展相界面积的作用，体积传质系数比传统填料塔提高一个数量级，接近气液逆流型旋转填料床。多级离心雾化旋转填料床开拓了新的气液传热传质途径。

精馏过程中转子对旋转填料床传质性能的影响

以甲醇水溶液为介质,在全回流、常压操作条件下,对3种转子的旋转填料床进行精馏实验。结果表明旋转填料床的理论塔板数随超重力因子、气相动能因子和回流量的增大出现峰值,等板高度最小为95mm。转子Ⅲ的传质效率高于转子Ⅰ,低于转子Ⅱ。在实验基础上应用最小二乘法建立了转子Ⅰ的传质关联式。

撞击流-旋转填料床萃取器传质性能研究

以磷酸三丁酯 (煤油 ) -苯酚 -水为试验体系 ,研究了IS -RPB萃取器的传质性能。在研究主要操作参数对萃取级效率影响的基础上 ,确定了最适宜的操作条件 ,得到了 97%以上萃取级效率。试验结果表明 ,撞击流

并流旋转填料床中磷酸钠法脱除烟气中SO_2

以磷酸钠溶液为吸收剂，采用并流旋转填料床进行了模拟烟气脱硫实验研究。分别考察了液气比L/G、超重力因子β、入口SO2质量浓度Cin、磷酸浓度CL和初始pH值等工艺参数对脱硫率η和气相总体积传质系数KGa的影响规律，并采用Matlab软件分析了工艺参数对η和KGa影响的显著性。结果表明：η和KGa随L/G、CL、β和pH值的增加而升高，其中L/G和CL影响最为显著，而Cin影响最小。在L/G为（2.3～3）L/m3，β为80～110， CL为1.5mol/L 左右，pH=5.5～6，Cin=（0.8～12）g/m3的条件下，脱硫率达99%以上，SO2出口质量浓度低于100mg/m3。表明该工艺具有脱硫效率高、液气比小、节能降耗、设备体积小、适用范围宽等特点，可实现达标治理，具有良好的工业应用前景。

不同填料错流旋转填料床气液传质特性研究

为了探索不同填料错流旋转填料床的传质性能,以Na2CO3水溶液吸收空气中硫化氢为实验体系,对装有不锈钢丝网、塑料波纹孔板和θ环填料的错流旋转填料床的气液传质性能进行研究。实验确定的适宜操作条件为:超重力因子7.8,气体流量2 m3/h,液气比20 L/m3,碳酸钠质量浓度12 g/L;在此条件下,3种填料的脱硫率均可达到90%以上。在相同操作条件下,不锈钢丝网填料的脱硫率及气相总体积传质系数大于塑料孔板填料大于θ环填料;错流旋转填料床中,规整填料的气液传质效果优于乱堆填料。文中的研究结果为错流旋转填料床填料的选取及在脱硫方面的应用提供了依据。

超重力旋转填料床中天然气水合物含气量研究

研究了在旋转填料床中制备天然气水合物,主要考察了超重力因子β、液气比等因素对含气量的影响。实验结果表明,当在压力5 MPa、温度277.15 K状态下:含气量随着超重力因子β增大而增大,β大于120后对含气量的影响不明显;天然气水合物含气量随液气比的增大呈现出先增大后减小的趋势,其最佳液气比为10 L/m3。结合晶体化学方法探讨了超重力方式合成天然气水合物的机理。与传统方式相比,加快了溶解、成核及生长过程,最终含气量显著提高。

撞击流—旋转填料床反应器的微观混合性能研究

采用化学偶合法 ,对撞击流—旋转填料床反应器内微观混合进行了实验研究 ,得到了转速、喷嘴间距、射流速度及浓度等因素对离集指数Xs的影响规律 ,并对其进行了定性的分析。结果表明撞击流—旋转填料床反应器中微观混合能被极大地强化 。

化学吸收法测定旋转填料床有效相界面积

用化学吸收法测量了同心环波纹碟片旋转填料床在气液两相沿径向逆流条件下有效相界表面积及有效比相界表面积．实验结果表明，同心环波纹碟片旋转填料床不仅可１００％地有效利用填料自身的表面积，而且可起到良好的雾化扩展相界面积的作用，使相界面积增加２～３．５倍．

填料结构对错流旋转填料床传质性能的影响

研究了不锈钢金属丝网填料结构对错流旋转填料床内传质的影响。在错流旋转填料床内,利用CO2-NaOH体系研究了不同填料层高度和不同丝网填料的传质特性。结果表明,体积传质系数KLa随超重力因子、气量、液量的增加而增大。同时建立了体积传质系数模型,模型计算结果与实验结果拟合较好。

旋转填料床中臭氧化处理染料废水的试验

研究了在旋转填料床中O3氧化处理染料废水。主要考察了超重力因子β、初始pH值和气液比等因素对脱色率的影响。试验结果表明,随着β的增大脱色率增大,β大于100后对脱色率增大不明显;脱色率随染料废水初始pH值增加呈先增大后略微下降的趋势;最佳初始pH值为10～11;气液比的增加有助于脱色率的提高。与传统O3气液反应设备相比,旋转填料床的高效传质特性可以提高O3的氧化功效和利用率,节约O3的消耗量。

错流旋转填料床气相压降特性

旋转填料床的气相压降是旋转填料床应用和设计的一项重要指标。在气液两相错流流动条件下,利用空气-水系统对错流旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。按照错流旋转填料床气体流动的路径将气相压降分为进口压降、填料层压降、集气段旋转动能转化压降和出气段压降。推导出压降与操作工况的关联式,其计算值与实测值吻合较好。实验表明错流旋转填料床的气相总压降与气体流量、旋转床转速、液体流量有关。在高转速和小气量的条件下,气相压降随气量增大先下降后上升;其他情况随气量增大而上升。错流旋转填料床气相压降随转速上升而下降,在小气量情况下转速对气相压降有明显影响。气相压降随进液量的增大而增大,当旋转填料床在低转速时进液量对气相压降有明显影响。

超重力旋转填料床中柠檬酸钠法脱除低浓度SO_2

在超重力旋转填料床中以柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液为吸收液进行模拟烟气中SO2吸收的实验。考察了超重力因子（β）、液气比（L/m3）、入口烟气中SO2质量浓度、气体流量、吸收液中柠檬酸浓度、pH值等对SO2脱除率（η）和气相传质系数（KGa）的影响。实验结果表明,η和KGa随超重力因子、液气比（L/m3）、吸收液中柠檬酸浓度和pH的增加而增加,随入口烟气中SO2浓度的增加先增大后降低,随气体流量的增加而降低。采用超重力旋转填料床用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液吸收SO2的最佳工艺条件是：吸收液中柠檬酸浓度1.0mol/L,初始pH 4~5,液气比3L/m3~7L/m3,超重力因子54.53~90.14。在此条件下,出口气体中SO2质量浓度低于80mg/m3,η稳定在98%左右。

用旋转填料床治理火炸药厂的氮氧化物尾气

为解决火炸药行业高浓度氮氧化物尾气治理困难的现状,采用新型吸收设备——旋转填料床进行治理,利用旋转填料床的优良特性,达到提高吸收剂的利用效率、降低治理成本和治理后尾气达标排放的目的。在初期试验中,以清水为吸收剂,研究了进气量、液气比、超重力因子等操作参数对吸收率的影响,得出了最佳操作参数范围。采用吸收剂强化吸收,并对吸收机理进行了初步探讨。试验结果表明,在进气量2m3/h、液气比20L/m3和超重力因子为90的条件下,吸收率达到85.3%,采用两级串联吸收后,氮氧化物尾气达到了国家排放标准。试验证明旋转填料床用于治理火炸药行业氮氧化物尾气的可行性,具有良好的工业应用前景。

旋转填料床中O_3/H_2O_2法处理染料废水试验研究

在旋转填料床中O3/H2O2法氧化处理单偶氮活性艳红-X3B,研究了气液传质对O3/H2O2法氧化处理活性染料废水的影响。主要考察了超重力因子β、初始pH值、O3与H2O2摩尔比和液气比等因素对脱色率的影响。研究表明,随着超重力因子β的增大脱色率增大,β大于100后对脱色率增大不明显;脱色率随染料废水初始pH值增加呈先增大后下降的趋势,最佳初始pH值为10—11;O3与H2O2的最优摩尔比为1左右;随着液气比的增加,脱色率下降。与传统O3气液反应设备相比,旋转填料床的高效传质特性可以提高O3的氧化功效和利用率,节约O3的消耗量。

蒸馏过程中旋转填料床的传质和流体力学特性

建立了一套完整的精馏实验装置,以甲醇?水溶液为物系,在常压、全回流操作条件下,研究了旋转填料床的传质和流体力学性能.结果表明,旋转填料床的理论塔板数随超重力因子和气相动能因子的增大出现峰值,理论塔板高度最小为0.0109m;气相压降随气相动能因子、超重力因子的增大而增大.在实验基础上应用最小二乘法建立了旋转填料床的传质、压降实验关联式.