超重力场内气液传质强化研究进展

气液传质过程广泛存在于化学工业当中。气液传质强化技术的研究,对缩短工艺流程、缩小设备尺寸、降低投资和运行成本等具有重要的意义。以旋转床为核心装备的超重力技术,是气液传质过程强化的有效技术之一。经过30多年的发展,超重力过程强化技术在基础和应用研究方面都取得了长足的进展,特别是在受混合和传递限制的过程中得到广泛应用。本文从旋转床转子结构出发,综述了整体旋转式、双动盘式、动静结合式等转子结构的超重力旋转床气液传质强化的研究进展和理论成果,并展望了超重力旋转床气液强化传质的发展方向。

超重力旋转床中水脱氧过程的模型化研究

超重力旋转床是一种高效的强化传质和混合的新型设备。今提出了超重力旋转床中的水脱氧过程的传质模型,分别采用欧拉方法和拉格朗日方法对超重力旋转床中的气相和液滴的运动行为进行了数值模拟;在此基础上计算了液滴的传质系数,计算结果和实验结果符合较好,平均误差为7.9%。当超重力旋转床中液体存在的主体形式更接近于液滴时,模型计算结果误差减小。进一步讨论分析了液体和气体流量、转速以及填料内径的变化对于超重力旋转床体积传质系数的影响,分析表明旋转填料对液体剧烈地剪切破碎分散作用是强化传质过程的主要原因。

超重力法制备纳米二氧化钛影响因素的研究

以四氯化钛和氨气为原料,在新型的超重力反应器(旋转填充床)中采用中和水解法合成出20～30nm的TiO2纳米粉体。研究结果表明旋转填充床中的超重力环境有利于形成颗粒大小均匀一致、分散效果良好的球状纳米TiO2,并且通过实验确定超重力法制备纳米TiO2的适宜工艺条件为:四氯化钛浓度0.5mol/L,旋转床转速1200～1600r/min,反应终点pH值7～9,反应温度30℃。这一工艺具有简单、高效、易于放大的优点。

超重力烟气脱硫的实验研究

超重力旋转床(RPB)是一种高效强化传质的设备。以亚硫酸钠溶液为吸收剂,采用并流操作方式在RPB中进行了模拟烟气脱硫的实验研究,考察了吸收液中钠离子浓度、旋转床转子的转速、气液比(l=G/L)等工艺参数对二氧化硫脱除率的影响。实验结果表明:当钠离子浓度小于0.20 mol·L-1时,SO2的脱除率随钠离子浓度的升高迅速上升,而在钠离子浓度大于0.20 mol·L-1后,二氧化硫脱除率的升高速率变缓;二氧化硫脱除率随超重力设备转子转速的增加而增大,随气液比的增大而减小。在吸收液中钠离子浓度为0.25 mol·L-1,模拟烟气中SO2浓度为3420～3580 mg·m-3,超重力设备转子转速为900 r·min-1,气液比为1140的情况下二氧化硫的脱除率仍可达到90%以上,表明超重力技术在脱硫方面具有良好的工业应用前景。

超重力络合铁法脱除石油伴生气中H_2S的中试研究

以络合铁为脱硫液,在旋转填充床中,进行石油伴生气脱H_2S的实验。考察了石油伴生气流量、石油伴生气中H_2S的质量浓度、脱硫液流量、旋转填充床转速对H_2S脱除率(θ)和气相传质系数(K_Ga)的影响。实验结果表明,θ和K_Ga随脱硫液流量的增大而增加,随旋转填充床转速的增大先增加后降低,随石油伴生气中H_2S质量浓度的增大而降低。超重力络合铁法脱除H_2S较佳的工艺条件为:石油伴生气流量30～70 m^3/h,石油伴生气中H_2S质量浓度20～80g/m^3,脱硫液流量0.5～1.0 m^3/h,旋转填充床转速900～1 100 r/min。在此条件下,θ稳定在99.80%以上。

超重力旋转填充床用于高黏聚合物脱挥的研究进展

针对高黏聚合物体系脱挥过程的特点,指出聚合物脱挥技术推广的关键是开发高速表面更新的新型高效传质设备。工业上常规的脱挥设备存在不同的使用限制,本文提出了设计新型旋转填充床用于高黏聚合物脱挥的可能性,并类比螺杆挤出机结构介绍其脱挥机理。结果表明,相比常规的脱挥设备,旋转填充床脱挥效率高,能耗低。采用该技术对丙烯腈系聚合物进行两次循环脱挥处理,丙烯腈脱除率达到99%以上。在脱挥过程中,解吸的挥发分气体在第一时间离开填料层,并迅速由真空泵抽走,防止了挥发分的二次溶解。

超重力法制备超细二氧化硅及影响因素的研究

以水玻璃和硫酸为原料,在超重力反应器中采用沉淀法合成了超细二氧化硅粉体.探讨了反应pH值、陈化作用、旋转床转速等因素对二氧化硅性能的影响规律.研究结果表明：超重力环境不仅可以使沉淀反应时间大大缩短,而且有利于生成粒径小、比表面积大的超细二氧化硅产品;确定了最佳制备工艺条件为反应终点pH值2～3、陈化时间60～90min、旋转床转速800～1000 r/min.

超重力氧化还原法用于天然气脱硫的探索性研究

报道了用氮气和硫化氢的混合气模拟含硫天然气,在超重机中应用配合铁氧化还原法进行脱硫实验,研究了原料气中硫化氢浓度、原料气中气体流量、脱硫液流量、超重机转子转速和脱硫液pH值对H2S脱除率和气相传质系数的影响,确定了配合铁体系在超重机中适宜的反应条件。结果表明,在本实验条件下H2S脱除率稳定在99.9%左右。实验设备体积小,硫化氢脱除率稳定且高效。

旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展

旋转填充床作为一种高效的传质、分离与反应设备,在化工、环境保护、纳米材料制备、能源、制药等工业过程得到广泛应用。本文对旋转填充床超重力环境下,流体力学特性、传质性能、微观混合、多尺度传递特性等方面的研究进行了总结归纳。近年来,随着计算机科学与多相流传递过程的研究进展,对传递过程的研究也由实验手段为主转变为实验与数值模拟相结合的手段,对有关的数值模拟研究以及相应的多相流模型也予以总结描述。在此基础上,对旋转填充床超重力环境下多相流研究的未来发展提出了有关设想。

超重力反应结晶法合成微细针状碳酸钙研究

采用超重力反应结晶法,在旋转填充床(RPB)反应器中,以Ca(OH)2-CO2为反应物系,MgCl2作为晶形控制剂,合成出了短轴为80～200nm、长径比为12～20且短轴及长径比分布较窄的微细针状碳酸钙,并对Ca(OH)2初始浓度、气液比、旋转床转速、反应温度以及MgCl2浓度等因素的影响进行了深入的研究.结果表明,当Ca(OH)2初始浓度为6.0%～7.5%、气液比为0.08～0.2、旋转床转速为900～1200r.min-1、反应温度为55～75℃、MgCl2浓度为2.0%～6.0%时能稳定地生成微细针状文石型碳酸钙.合成等量的针状碳酸钙,超重力反应结晶法所需碳化时间约为文献值的1/18.

超重力反应沉淀法(HGRP)制备纳米BaTiO_3的研究

以四氯化钛和氯化钡为钛源和钡源 ,以NaOH溶液为沉淀剂 ,首次在实验室采用直接沉淀法与超重力反应器相结合的超重力反应沉淀法 (HGRP)制备了纳米BaTiO3粉体。产品经TEM、BET、XRD、AES ICP及化学分析证明该法制备的钛酸钡粒度为 3 0～ 70nm ,晶型为立方相。粉体Ba/Ti摩尔比为 ( 1 0 0 0± 0 0 0 5 ) ,且纯度较高。

超重力技术制备纳米氢氧化镁阻燃剂的应用研究

本文采用超重力技术制备纳米氢氧化镁阻燃剂并对其进行湿法表面改性,应用TEM、XRD、BET、吸油值、沉降速度等方法对改性前后的纳米氢氧化镁粉体进行了分析和表征,将改性前后的纳米氢氧化镁应用到软质PVC体系中。实验结果表明:超重力技术制备的纳米氢氧化镁的粒径为70nm,为六方形片状;经不同改性剂改性的粉体中,以硬脂酸锌改性粉体的应用效果较好;未改性纳米氢氧化镁的比表面为21.5760m2/g,而改性粉体的比表面为22.0641m2/g,有一定程度的增大;改性氢氧化镁的沉降速度减慢,吸油值下降,添加量为40份时PVC体系的综合性能较好。

超重力旋转床液体流动的可视化研究

超重力旋转床是一项强化混合与传质的新技术,在石油化工、环境保护、制药等行业有着广阔的应用前景。今以水为研究对象,拍摄超重力旋转床内从不同丝径的填料甩出的液体形态图片,利用后处理软件计算得到液滴的平均直径和速度。研究结果表明,液滴平均直径随填料径向厚度、转速的增大而减小,随液量增加而增大;液滴速度则随填料径向厚度、转速及液量增大而增大,同时关联出填料层内液滴平均直径和速度的关系式。研究结果为超重力旋转床的理论研究和工业上的应用提供了一定的依据。

超重力催化反应精馏技术合成乙酸正丁酯的研究

首次以超重力旋转床（RPB）代替反应精馏塔进行催化反应精馏合成乙酸正丁酯的实验研究，以评估超重力技术在反应精馏领域应用的可行性和优劣性。在本研究中心自主设计的新型RPB中，首次用固体酸催化剂制成旋转床填料置于RPB内腔，填充密度为336kg／m^3，乙酸和正丁醇为原料，在RPB中同时进行反应和分离过程。实验中主要考察了旋转床的转子转速对催化精馏效果的影响。结果表明，在转速为700～800r／min时反应的效果最佳，乙酸转化率达88％以上。同时设计催化精馏对比实验，在基本条件相同情况下，催化精馏实验的乙酸转化率为60％，远低于RPB实验，所得产品纯度相差20％以上。因此，超重力条件有利于提高催化剂催化效率。

超重力反应沉淀法制备的纳米钛酸钡粉体的烧结与介电性能研究

将超重力法制备的纳米钛酸钡粉体在不同温度 (70 0～ 90 0℃ )下煅烧 ,以提高粉体的结晶度 ,粉体的粒径从 4 0nm增大到 80nm。煅烧后的粉体经过干压成型后 ,在 110 0℃下保温 2h烧结得到的钛酸钡最高室温介电常数为 2 880 ,相对密度为 90 % ,晶粒尺寸达到 0 70 μm左右。讨论了煅烧温度对粉体的烧结性能、陶瓷的介电性能及微观结构的影响。

超重力反应结晶法制备纳米硫化锌实验研究

本文以硝酸锌和硫化氢气体为原料 ,用超重力反应结晶法制备纳米硫化锌粒子。探讨了陈化时间、反应物浓度、反应温度、旋转床转速等工艺参数对产品粒径与转化率的影响规律 ,确定了最佳工艺条件为 :陈化时间 48h ,反应物浓度 0 1mol L ,反应温度 45℃ ,旋转床转速 15 0 0～ 180 0r min。TEM分析表明 ,所制备的硫化锌干粉平均粒径为 42nm ,分散性好 。

超重力反应器中甘氨酸钠吸收混合气体中CO_2的实验研究

CO2减排已经成为国际关注的热点问题。近年来,化学吸收法以其效率高、适应范围广、技术成熟等优点,逐渐占据主导地位。采用甘氨酸钠溶液为吸收剂,在超重力反应器中进行了CO2吸收实验,考察了转速、吸收液温度、吸收液浓度、气液比等对CO2吸收率的影响。结果表明:CO2的吸收率随着转速的增加而上升,当转速达到1000 r?min?1后,吸收率基本趋于稳定;CO2的吸收率随着吸收液温度的升高而升高,在90℃时可以达到83%以上;在实验范围内,CO2的吸收率随吸收液浓度的增加略有增加,随气液比的增加而逐渐降低并趋于稳定。

超重力共沉淀法制备铜基催化剂的研究

采用超重力共沉淀法制备铜基催化剂。考察了超重力反应器转速、沉淀pH值和陈化时间等条件对催化剂物性的影响,采用X射线衍射、热重、扫描电子显微镜、N2等温吸附-脱附和等离子发射光谱等方法对制备的催化剂物相、孔结构、表面形貌和粒子大小进行了表征。结果表明,用超重力共沉淀法制备铜基催化剂应选取较低的pH值,并且不经过陈化以避免前驱体中出现Cu2(OH)2CO3影响Cu的分散性,超重力反应器转速700 r/min;超重力共沉淀法制备的前驱体物相中CuO-ZnO主要以固溶体形式存在;焙烧所得铜基催化剂粒度小,Cu分散度高,存在适宜的孔隙结构和较大的比表面积。

超重力反应沉淀法制备白炭黑的研究

利用超重力反应沉淀法 ,以水玻璃和二氧化碳为原料 ,制备了平均一次粒径为 15～ 2 0nm的白炭黑粉体 ,研究了反应条件对产品粒径的影响。通过透射电镜 (TEM )、红外 (IR)、X射线衍射 (XRD)和差热 -热重分析(DTA -TG)等手段检测了产品的性能。通过超重力反应沉淀法制备的白炭黑粉体 ,具有颗粒较细、粒度分布窄的特点。

超重力技术在脱硫液再生中的探索性研究

用超重力旋转填充床替代再生槽,进行了超重力法再生脱硫液的研究。实验证明,用1台7L的超重力旋转填充床替代原有的320L再生槽,可以达到更好的再生效果。经超重力旋转填充床再生的脱硫液可提高脱硫效率、减少脱硫液的再生时间,且脱硫后出口净化气的硫化氢质量浓度均低于20 mg/m^3,满足了天然气运输的要求。