超重力旋轉(zhuǎn)床微觀混合與氣液傳質(zhì)特性研究.pdf

1、超重力旋轉(zhuǎn)床是一種強(qiáng)化化學(xué)工業(yè)過程的新型反應(yīng)器。它通過離心力模擬超重力環(huán)境，將進(jìn)入超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的液體高度剪切而分散，減少了傳質(zhì)阻力，增加了傳質(zhì)比表面積，能極大的強(qiáng)化液-液混合和氣-液傳質(zhì)過程。
　　 混合過程很復(fù)雜，它包含宏觀混合、介觀混合和微觀混合三個(gè)階段。宏觀混合是指發(fā)生在整個(gè)反應(yīng)器尺度上的混合，微觀混合是指變形的流體微元上的分子擴(kuò)散過程，介觀混合是介于這兩者之間尺度上的混合過程。宏觀混合和介觀混合對(duì)微觀混合過程有著重要的

2、影響，它們決定了微觀混合的環(huán)境。
　　 超重力旋轉(zhuǎn)床在液-液混合反應(yīng)方面的應(yīng)用主要是納米材料的制備。在納米材料制備過程中，為了獲得均一分布且粒度小的納米顆粒，需要化學(xué)反應(yīng)器提供一個(gè)均勻的環(huán)境，使分子程度上的混合(微觀混合)先于化學(xué)反應(yīng)完成。而旋轉(zhuǎn)床提供了這樣一種均勻的微觀混合環(huán)境，利用旋轉(zhuǎn)床制備的納米顆粒具有顆粒尺度小、粒度分布窄的優(yōu)點(diǎn)。然而由可視化研究證實(shí)超重力旋轉(zhuǎn)床中存在局部的不均勻性，即旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的宏觀和介觀混合過程存在不均

3、勻性。這種不均勻性主要是由于液體的非預(yù)混的進(jìn)料方式造成的，因此本文提出一種預(yù)混進(jìn)料的方法，對(duì)旋轉(zhuǎn)床的宏觀和介觀混合加以改善，從而改善了旋轉(zhuǎn)床內(nèi)液體的微觀混合環(huán)境。
　　 超重力旋轉(zhuǎn)床在氣-液反應(yīng)方面的應(yīng)用比較廣泛，主要有吸收、精餾等化學(xué)工業(yè)過程。相對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)器，超重力旋轉(zhuǎn)床提高了液相總傳質(zhì)系數(shù)kLα約為1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，關(guān)于旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的傳質(zhì)過程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較缺乏。因此，本文利用高速攝像機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)床空腔區(qū)的液滴速度和尺寸進(jìn)

4、行了測量，利用化學(xué)方法對(duì)填料有效傳質(zhì)比表面進(jìn)行了測定，根據(jù)表面更新模型對(duì)填料的傳質(zhì)分系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。本論文主要研究內(nèi)容如下：
　　 1、基于旋轉(zhuǎn)床的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了預(yù)混合分布器，采用化學(xué)方法對(duì)裝有預(yù)混合分布器的旋轉(zhuǎn)床微觀混合性能進(jìn)行了研究，研究表明采用預(yù)混合分布器后，旋轉(zhuǎn)床的微觀混合性能大大增強(qiáng)。同時(shí)對(duì)比研究了微反應(yīng)器和side-Tee混合器的微觀混合性能。通過團(tuán)聚模型計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)床的微觀混合時(shí)間為10-5～10-4s。
　　

5、 2、采用高速攝像技術(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)床空腔區(qū)的液體流動(dòng)形態(tài)進(jìn)行可視化研究，測定了液滴直徑和速度。液滴直徑的范圍在0.15～0.9mm，通過定義切向相對(duì)速度差，得到設(shè)計(jì)中的最小填料厚度為10cm。通過可視化結(jié)果可以證實(shí)旋轉(zhuǎn)床存在流動(dòng)端效應(yīng)區(qū)。
　　 3、通過在填料外側(cè)設(shè)置取樣裝置，排除了空腔區(qū)內(nèi)傳質(zhì)的影響，對(duì)旋轉(zhuǎn)床填料的有效傳質(zhì)比表面進(jìn)行了測定。得到傳質(zhì)比表面隨填料半徑的變化而變化，范圍在200-7500m-1變化。
　　 4、