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。

撞击流-旋转填料床(IS-RPB)制备纳米硫化亚铁的研究

为解决传统间歇式搅拌反应釜制备硫化亚铁产物粒径大、分布不均匀和重复性差的问题,以FeSO_(4)·7H2O和Na_(2)S·9H_(2)O为原料,在超重力反应器(撞击流-旋转填料床)中成功连续制备了粒径小且均一的硫化亚铁纳米粒子。利用扫描电镜、X射线衍射和激光粒度仪等方法对样品的粒径分布和形貌结构进行表征,考察了反应物初始浓度、超重力因子和撞击初速对硫化亚铁粒径的影响。结果表明,随着反应物初始浓度、超重力因子以及撞击初速的增大,硫化亚铁的粒径先减小后增大,粒径分布逐渐变均匀。最佳制备工艺条件为:反应物初始浓度为0.1 mol/L,物料比为1∶1,超重力因子β=239.8,撞击初速μ=9.43 m^(3)/s。在此条件下制备的硫化亚铁纯度较高且粒径分布均匀,中位粒径D50为87 nm,90%的硫化亚铁颗粒在150 nm以下,对铬(Ⅵ)离子有较强的吸附能力,最大吸附量为196.85 mg/g。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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．

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。

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。

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。

旋转填充床中两种填料压降特性与传质特性的对比

利用空气 水 SO2 系统研究了逆流旋转床的气相压降及传质特性。结果表明 ,填料A(普通丝网 )比填料B(RS钢波纹丝网 )的气相压降大 30 %左右 ,体积传质系数小 1 5%左右 ,即填料B比填料A的流体力学性能和传质性能好。

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。

不同规整填料旋转床的传质性能对比

采用Na2CO3-H2S为体系,利用规整丝网填料和新型塑料填料的错流旋转床为吸收设备,探究了两种填料床的传质性能,通过理论推导气液传质系数Ky和Kya的表达式,考察了液量、气液比、超重力因子对脱硫率、Ky和Kya的影响。实验结果表明：在相同条件下,规整丝网填料床的脱硫率略高于新型塑料填料床,约为3%~4%,但Ky、Kya和压降分别是新型塑料填料床的0.25~0.5、0.8~0.9和0.3~0.5倍。通过文献对比分析,在相近工况条件下,新型塑料填料床的Kya比散装丝网填料床提高了1.45倍。并对实验数据进行回归,拟合出Ky、Kya与气相雷诺数ReG、液相韦伯数WeL和伽利略数Ga之间的关联式。

碟片填料旋转床气阻与气液传质实验研究

实验测量了超重力旋转床气液传质反应器在采用同心环波纹碟片填料时的气相压降和气液传质特性。对不同转速、气流量、液流量条件下的气相阻力与气液传质性能进行了实验研究和分析，结果表明干床的气相压降是相同状态下采用金属丝网填料的气相压降的６０％左右。气液间体积传质系数比相同条件下采用金属丝网填料的高１．５倍。

超重力旋转床填料结构研究进展

过程强化是近年来国内外科技工作者的研究热点,超重力技术作为一种过程强化的新技术正是在这样的背景下产生的。文中综述了超重力场散装填料和规整填料结构的研究进展,对该领域的研究进行了分类和细致的描述,并对其流体力学和传质性能进行了论述。对比散装填料,规整填料结构的研究开发将是今后旋转床填料结构研究的发展方向。

旋转床填料中的传质及其模型化

用氮气解吸水中溶解氧，发现了三个在前人研究中未曾提及的重要现象：（１）保持填料外径而扩大内径，平均体积传质系数增大；（２）比表面积大小并不是传质好坏的决定因素；（３）转子填料与旋转床机壳间空腔中液滴表面的传质量，对整个装置中的传质总量，有不可忽略的贡献。据此，建立了基于液体在填料内微粒化，传质同时在填料和液滴表面进行的传质模型。模型计算结果较好地与实验结果吻合，并对上述三个现象作出了合理的解释。进而指出，液体与转子填料层中的连续微粒化所得到的大量液滴表面，是旋转床传质强化的重要因素。

超重力旋转填料床的有效比表面积

以CO_2—NaOH为介质,研究了填料结构、超重力因子、液体流量和气体流量等对两种多孔板错流旋转床有效比表面积的影响规律。结果表明,不锈钢多孔波纹板的有效比表面积大于聚丙烯多孔板,不锈钢多孔波纹板填料利用周期性变化的波纹表面不仅可以有效利用填料自身的比表面积,而且可起到良好的雾化扩展比表面积的作用,使有效比表面积增大至2.66倍。对实验数据进行回归得出了两种填料结构有效比表面积的关联式,根据关联式计算的有效比表面值与实验值吻合较好。