定-轉子反應器中傳質過程及納微顆粒制備的研究.pdf

1、定-轉子反應器(Rotor-stator Reactor, RSR)是一種以旋轉填充床(Rotating Packed Bed，RPB)為基礎發(fā)展而來的新型超重力設備，它主要由在徑向上交錯排布的同心轉子環(huán)和定子環(huán)構成。液體在RSR中高速旋轉的轉子及靜止的定子作用下，被剪切破碎，形成微小的液膜、液絲或者液滴，使得氣-液兩相湍動程度及氣-液兩相界面更新速率大大增加，令傳質及微觀混合過程得以高度強化。因此，RSR在傳質控制的化工過程中展現(xiàn)出很

2、強的應用前景。
　　本論文針對RSR這一新型反應器，進行了流體流動研究及氣-液傳質過程研究等基礎研究，并針對微乳液/乳液體系黏度高、濃度分布不均勻等特點，利用RSR強化傳質與混合過程，制得粒徑可控、分布窄、負載后催化活性高的催化劑載體。本論文的主要研究內容如下:
　　1、利用高速攝像系統(tǒng)對于RSR內液體流動形態(tài)進行了可視化研究，考察了不同實驗條件下如定/轉子環(huán)層數(shù)、轉子轉速和液體體積流量對于液滴平均直徑、液滴速度矢量平均角度

3、和液滴平均速率的影響。實驗結果顯示，在實驗條件下RSR內水液滴平均直徑在311-1045μm之間，平均速率在1.73-8.86m·s-1之間;微乳液液滴平均直徑在271-775μm之間，平均速率在2.08-7.34m·s-1之間。通過量綱分析法建立了預測液滴平均直徑及液滴平均速率的經(jīng)驗關聯(lián)式，經(jīng)過驗證，液滴平均直徑及液滴平均速率的預測值與實驗值能較好的吻合，誤差不超過15％。
　　2、利用CO2-NaOH體系對RSR內氣-液有效相

4、際傳質比表面積（ae）進行了研究，考察了不同實驗條件如轉子轉速、液體體積流量和氣體體積流量對于ae的影響。實驗結果顯示，在實驗條件下ae在126.6-211.6m2·m-3之間。通過數(shù)據(jù)擬合得到了預測ae的經(jīng)驗關聯(lián)式，經(jīng)過驗證，ae的預測值與實驗值能較好的吻合，誤差不超過5％。
　　3、利用NH3-水體系對RSR內氣相總體積傳質系數(shù)(Kya)進行了研究，考察了不同實驗條件如轉子轉速、液體體積流量和氣體體積流量對于Kya的影響。實驗

5、結果顯示，在實驗條件下RSR內Kya在47.3-97.5mol·m-3·s-1之間。通過數(shù)據(jù)擬合得到了預測Kya的經(jīng)驗關聯(lián)式，經(jīng)過驗證，Kya的預測值與實驗值能較好吻合，誤差不超過10％。在相同實驗條件下，NH3-水體系在RSR中的Kya比在RPB中的Kya高13％，說明RSR對于氣膜控制傳質過程的強化效果要優(yōu)于RPB。
　　4、利用NH3-油包水型（Water-in-oil，W/O）微乳液體系對RSR內Kya進行了研究，考察了微

6、乳液不同含水量對于微乳液密度、黏度和NH3-微乳液體系亨利系數(shù)的影響，以及不同實驗條件如微乳液含水量、轉子轉速、液體體積流量和氣體體積流量對于Kya的影響。實驗結果顯示，在實驗條件下RSR內Kya在19.5-73.0mol·m-3·s-1之間。在相同實驗條件下，NH3-微乳液體系在RSR中的Kya比在填料塔中的Kya高65％，說明RSR對于傳質過程的強化效果要優(yōu)于傳統(tǒng)塔器。
　　5、利用NH3-W/O微乳液體系在RSR中進行了制備

7、納米Ce0.5Zr0.5O2載體的研究，考察了不同實驗條件如制備溫度、轉子轉速、氣液體積流量比對于納米Ce0.5Zr0.5O2載體比表面積及粒徑的影響。實驗結果顯示，在所用實驗條件下，最優(yōu)制備工藝為制備溫度為303K，轉子轉速為800rpm，氣液體積流量比為2.7。在該條件下，制得了平均粒徑為5nm，粒徑分布為4-8nm，比表面積為216m2·g-1的納米Ce0.5Zr0.5O2載體。利用所得載體負載貴金屬得到的Au/Ce0.5Zr0.

8、5O2催化劑具有較高活性，在室溫(298K)下即可將CO完全催化轉化。
　　6、利用乳液體系在RSR中進行了制備烯烴聚合用MgCl2球形載體的研究，考察了不同實驗條件如轉子轉速、乳化時間、第三組分的加入和出料管長度對球形載體平均直徑及徑距的影響。實驗結果顯示，在轉子轉速為800rpm，乳化時間為40min，不添加第三組分，出料管長度為1.0m的條件下制備了平均直徑在28-138μm范圍內可調控，最優(yōu)徑距為1.0，球形度高的MgCl