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第五届全国化学工程与生物化工年会

作者：孙婧元蒋浩王靖岱阳永荣浙江大学化学工程与生物工程学系化学工程国家重点实验室浙江杭州310027

乙烯淤浆聚合法是生产高密度聚乙烯(HDPE)的重要工艺之一.实验利用Buchi高压釜，采用气体间歇物理吸收技术，在温度343-393K、压力2.0-14.5bar的条件下，测定了乙烯-正己烷、丙烯-正己烷、乙烯-正己烷-低聚物和丙烯-正己烷-低聚物的溶... 详细信息

乙烯淤浆聚合法是生产高密度聚乙烯(HDPE)的重要工艺之一.实验利用Buchi高压釜，采用气体间歇物理吸收技术，在温度343-393K、压力2.0-14.5bar的条件下，测定了乙烯-正己烷、丙烯-正己烷、乙烯-正己烷-低聚物和丙烯-正己烷-低聚物的溶解度与液相体积传质系数，回归出了表观溶解热。分别使用CHAO-SEA性质方法与再参数化的PC-SAFT状态方程对二元和三元体系的气液平衡进行关联，与实验结果吻合良好。拟合得到了液相体积传质系数的经验关联式，与实验值较为接近。系统考察了压力、温度和低聚物浓度对溶解度与液相体积传质系数的影响，结果表明压力升高，溶解度增大且符合亨利定律，液相体积传质系数略有降低：温度升高，溶解度减小，液相体积传质系数增大;低聚物浓度增加，溶解度与液相体积传质系数均降低。

关键词：乙烯淤浆聚合体系低聚物气体溶解度液相体积传质系数

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2,3,6-三甲基苯酚气-液-液氧化反应与传质过程

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化工学报 2015年第8期66卷 2962-2967页

作者：陈志荣杨伟涛周凯黄海平尹红袁慎峰浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310027

对2,3,6-三甲基苯酚(TMP)的气-液-液纯氧常压三相氧化反应与传质过程进行了研究。该反应为液膜传质控制的快速反应,氧气消耗速率对原料TMP为1级。在液膜控制条件下探讨了水相体积分数(ε)、搅拌转速(n)、搅拌桨直径(d)和通气量(V)对反... 详细信息

对2,3,6-三甲基苯酚(TMP)的气-液-液纯氧常压三相氧化反应与传质过程进行了研究。该反应为液膜传质控制的快速反应,氧气消耗速率对原料TMP为1级。在液膜控制条件下探讨了水相体积分数(ε)、搅拌转速(n)、搅拌桨直径(d)和通气量(V)对反应的影响。结果表明,体系在ε达到0.58后产生相变,相变后液相体积传质系数随ε变化趋势发生改变,液相体积传质系数(kL(O2)a)随n、d、V的增加而增大。综合考虑上述因素对kL(O2)a的影响,得到了液相体积传质系数的量纲一关联式,根据关联式计算得到的液相体积传质系数值与实验值接近,平均相对偏差为4.53%,表明关联式拟合效果较好。

关键词： 2,3,6-三甲基苯酚氧化多相反应传质液相体积传质系数

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微量醇及电解质强化气液传质的研究

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化学反应工程与工艺 2005年第3期21卷 221-226,233页

作者：臧晓红王军刘延来沈自求大连理工大学化工学院辽宁大连116012

在气升式内环流反应器中考察了微量醇类物质(乙醇、叔丁醇、季戊四醇)及电解质(CaCl_2)对氧的液相体积传质系数和气含率的影响。结果表明,向空气-水体系中添加微量醇类物质可以明显改善气液传质性能,同时醇类物质强化气-液传质存在一极... 详细信息

在气升式内环流反应器中考察了微量醇类物质(乙醇、叔丁醇、季戊四醇)及电解质(CaCl_2)对氧的液相体积传质系数和气含率的影响。结果表明,向空气-水体系中添加微量醇类物质可以明显改善气液传质性能,同时醇类物质强化气-液传质存在一极限浓度,超过此浓度后,氧的液相体积传质系数略有降低;当表观气速增加时,去离子水体系和含醇体系的气含率都增加,但醇体系的气含率明显高于去离子水体系。此外,添加电解质 CaCl_2也会使氧的液相体积传质系数有所提高,并从离子强度的角度对其抑制气泡聚并的机理进行了分析。

关键词：气液传质气升式环流反应器液相体积传质系数醇类物质电解质气含率氧气气泡聚并

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乙烯和丙烯在低聚物-正己烷溶液中的溶解度及体积传质系数测定

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化工学报 2009年第9期60卷 2153-2160页

作者：孙婧元蒋浩蒋斌波王靖岱阳永荣浙江大学化学工程与生物工程学系化学工程联合国家重点实验室(浙江大学)浙江杭州310027

在高压搅拌釜中,利用气体间歇物理吸收技术,在温度343～393K、压力0.2～1.45MPa下,测定了乙烯-正己烷、丙烯-正己烷、乙烯-正己烷-低聚物(低分子量聚乙烯)和丙烯-正己烷-低聚物的气体平衡溶解度与液相体积传质系数kLa,并回归出表观溶解... 详细信息

在高压搅拌釜中,利用气体间歇物理吸收技术,在温度343～393K、压力0.2～1.45MPa下,测定了乙烯-正己烷、丙烯-正己烷、乙烯-正己烷-低聚物(低分子量聚乙烯)和丙烯-正己烷-低聚物的气体平衡溶解度与液相体积传质系数kLa,并回归出表观溶解热,使用PC-SAFT状态方程关联了汽液平衡数据,拟合得到乙烯/丙烯-正己烷-低聚物的kLa经验关联式,与实验结果吻合良好。实验系统考察了压力、温度和低聚物浓度对平衡溶解度和kLa的影响,结果表明:压力升高,气体溶解度增大,符合亨利定律,kLa略有降低;温度升高,气体溶解度减小,乙烯在正己烷中的kLa增大,丙烯在正己烷中的kLa则减小;低聚物浓度增加,气体溶解度与kLa均降低。

关键词：乙烯丙烯正己烷低聚物气体平衡溶解度液相体积传质系数

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θ网环形填料的传质性能测定

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化学工程 2016年第4期44卷 22-25页

作者：范开功白鹏张好翠天津大学化工学院天津300072

θ网环形填料是一种实验室常见的精密填料,广泛应用于精细化工品的分离,然而目前对于该种填料的传质性能研究有所欠缺,造成了应用上的盲目性,针对此种问题,用CO_2-H_2O体系测定了5 mm×5 mm的θ网环形填料的传质性能,并分析了液... 详细信息

θ网环形填料是一种实验室常见的精密填料,广泛应用于精细化工品的分离,然而目前对于该种填料的传质性能研究有所欠缺,造成了应用上的盲目性,针对此种问题,用CO_2-H_2O体系测定了5 mm×5 mm的θ网环形填料的传质性能,并分析了液相黏度和表面张力对填料传质性能的影响,通过数据拟合,得出θ网环形填料的液相体积传质系数与各主要的准数之间的关联式,指导实际应用。

关键词： θ环填料传质性能液相体积传质系数

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分段进液式旋转填充床压降与传质性能研究

分段进液式旋转填充床压降与传质性能研究

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作者：邢子聿北京化工大学

学位级别：硕士

旋转填充床是一种高效、环保、节能的新式传质分离反应器。旋转填充床依靠其内部高速旋转转子产生的离心力场来模拟超重力环境。在强大的离心力作用下,液体被切割撕裂为极为细小的液滴、液膜等,从而大大的增加了气液两相的接触面积,极... 详细信息

旋转填充床是一种高效、环保、节能的新式传质分离反应器。旋转填充床依靠其内部高速旋转转子产生的离心力场来模拟超重力环境。在强大的离心力作用下,液体被切割撕裂为极为细小的液滴、液膜等,从而大大的增加了气液两相的接触面积,极大的强化了传质过程。目前,旋转填充床作为一种优秀的气液分离设备得到了广泛地应用,有着极大的发展前景。旋转填充床在传质过程中有着一个显著的特点,即在转子填料内缘(径向半径约10-20mm)存在端效应区,在端效应区内气液两相传质系数数倍于填料主体区和空腔区。若能将端效应原理移植到主体区,则可进一步强化主体区的传质效率。分段进液式旋转填充床(Multi-liquid-inlet Rotating Packed Bed,简称MLI-RPB)是一种新型旋转填充床,它采用环形转子结构,并利用分段进液的方式在旋转填充床内部制造多个端效应区。作为衡量气液传质设备的两个重要指标,旋转填充床的气相压降和传质效率成为众多学者研究的重点内容。由于分段进液式旋转填充床具有新颖的转子结构,可能导致其压降和传质效率与传统旋转填充床相比有所不同。本论文研究了转子转速、气体流量、液体流量三个因素对分段进液式旋转填充床的气相压降、传质比表面积、液相体积传质系数的影响规律。结果表明,总体上分段进液式旋转填充床的气相压降随着转速、气体流量、液体流量的增大而增大；传质比表面积和液相体积传质系数随着气体流量、液体流量增大也随之增大；但是分段进液式旋转填充床的传质比表面积和液相体积传质系数随着转速增大先升高后降低。同时,在保证操作条件相同的情况下,将分段进液式旋转填充床的气相压降、传质性能与其转子体积大小相同的传统旋转填充床进行了对比。对比实验表明,分段进液式旋转填充床比传统旋转填充床气相压降要低,且传质效率略高。根据实验结果建立了分段进液式旋转填充床气相压降与超重力水平β,气体通过填料层最外端的切向速度u,喷淋密度q的关联式。利用表面更新理论建立了分段进液式旋转填充床的液相体积传质系数的计算模型,并将模型计算值与实验值进行了对比,两者误差在±15%之内,吻合较好。

关键词：分段进液式旋转填充床压降传质比表面积液相体积传质系数

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固含率对沸腾床反应器流体力学性质的影响

固含率对沸腾床反应器流体力学性质的影响

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作者：朱闯杰华东理工大学

学位级别：硕士

沸腾床反应器(Ebullated-Bed Reactor)因其结构简单、热容量大、传热性能好、温度易控制、操作成本低等优点而广泛应用在石油化工、生物化工、废水处理和煤的液化等领域,对其进行深入的研究有着重要的科研和工业应用价值。沸腾床流体力... 详细信息

沸腾床反应器(Ebullated-Bed Reactor)因其结构简单、热容量大、传热性能好、温度易控制、操作成本低等优点而广泛应用在石油化工、生物化工、废水处理和煤的液化等领域,对其进行深入的研究有着重要的科研和工业应用价值。沸腾床流体力学的研究对于其设计、放大和优化操作非常重要,但由于多相流动的复杂性,对流体力学基础理论的研究仍然十分困难。因此,对该种类型的反应器做深入的研究很有必要性。本论文结合工业渣油加氢反应器装置和工艺条件,建立了内径0.286 m、高7 m的沸腾床大型冷模装置,采用空气-水-氧化铝颗粒三相体系来模拟工业反应器,主要研究了在不同操作条件下固含率(特别是高固含率,高达60%)对沸腾床内的总气含率、轴向气含率分布、大小气泡含率、大小气泡的直径、大小气泡的上升速度、固体颗粒轴向浓度分布及颗粒轴向扩散等流体力学特性的影响。实验结果表明,随着表观气速的增大,总气含率、大小气泡含率及其上升速度、液相体积传质系数、固体颗粒浓度分布及颗粒轴向扩散系数等都增大,但小气泡上升速度和直径随之减小;随着固含率的增大,总气含率降低,液相体积传质系数和颗粒轴向扩散系数都降低,而大气泡的直径和上升速度都增大,但大气泡的气含率会有不明显的降低。但对小气泡而言,其直径先随着固含率增加而增加,当固含率超过30%以后,小气泡基本消失。此外,采用沉降扩散模型,对实验数据进行模拟得到了固体颗粒轴向扩散系数关于表观气速和固含率的关系式。

关键词：沸腾床反应器固含率气含率两级气泡模型液相体积传质系数颗粒轴向扩散系数

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新型文丘里气泡发生器的气泡尺寸和传质性能研究

新型文丘里气泡发生器的气泡尺寸和传质性能研究

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作者：刘越伟北京化工大学

学位级别：硕士

微气泡（1～1000微米）相较于宏气泡（>1000微米）,具有尺寸小、比表面积大、停留时间长、溶解速度快、表面吸附性好等优点,被广泛用于废水处理、水产养殖、矿物浮选、熔盐核反应堆等领域。在石油化工领域,通过生成微气泡可增加气液... 详细信息

微气泡（1～1000微米）相较于宏气泡（>1000微米）,具有尺寸小、比表面积大、停留时间长、溶解速度快、表面吸附性好等优点,被广泛用于废水处理、水产养殖、矿物浮选、熔盐核反应堆等领域。在石油化工领域,通过生成微气泡可增加气液相间传质面积,提高传质速率,实现过程强化。文丘里气泡发生器依靠较小喉部产生的高速液体射流剪切破碎气体,是一种较为常见的微气泡产生设备。本文针对文丘里气泡发生器存在的气泡尺寸较大及能耗高等不足,通过结构创新研究,构建和设计新型文丘里气泡发生器,以期减小气泡尺寸,降低压降能耗,提高传质速率。本文设计了两种不同类型（旋流文丘里气泡发生器、双旋流气泡发生器）的新型文丘里气泡发生器进行结构优化。在N2-水体系下,采用高速摄像可视化手段探究液体流量、气体流量、结构类型及参数对气泡发生器气泡索特平均直径的影响规律,同时测定气泡发生器的压降;对不同类型气泡发生器的气泡索特平均直径和压降进行综合对比,确定较优的结构。在此基础上,采用动态溶氧法测定气泡发生器的液相体积传质系数,并计算综合液相体积传质系数,进一步考察较优结构的传质性能。主要研究结果如下:1.气泡索特平均直径随液体流量的增加而减小,随气体流量的增加而增大。旋流文丘里存在旋流尾流,气泡索特平均直径为添加破涡挡板的旋流文丘里的104.1%～224.6%;dth=16.3 mm的添加破涡挡板的旋流文丘里的气泡索特平均直径为典型文丘里的36.0%～63.2%,为较优结构。双旋流气泡发生器中,反向旋流结构消除了旋流尾流,气泡索特平均直径为同向旋流结构的54.8%～98.3%,径向分散宽度较大。2.液相体积传质系数随液体流量和气体流量的增加而增大。典型文丘里、旋流文丘里、添加破涡档板的旋流文丘里三种结构中,添加破涡档板的旋流文丘里传质效果最好,且喉部直径越小,液相体积传质系数越高;双旋流气泡发生器中,反向旋流结构液相体积传质系数为同向旋流结构的109.9%～127.6%,传质效果较好。3.典型文丘里气泡发生器、添加破涡档板的旋流文丘里气泡发生器、双旋流气泡发生器三种结构中,添加破涡档板的旋流文丘里气泡发生器压降最小,综合液相体积传质系数相较于典型文丘里提高了8.7%～157.2%,能耗成本最低。双旋流气泡发生器相较于文丘里气泡发生器,在气泡索特平均直径相当的条件下降低了压降能耗,综合液相传质系数提高了32.9%～68.7%。

关键词：文丘里气泡发生器结构优化气泡索特平均直径液相体积传质系数

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气-液-固微型流化床传质及用于巴豆酸制备的研究

气-液-固微型流化床传质及用于巴豆酸制备的研究

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作者：董婷婷天津大学

学位级别：硕士

本文对床径为3 mm的气-液-固微型流化床反应器的传质和化学反应性能进行了实验探究。以NaOH吸收CO2为模型反应,探究了气-液-固微型流化床的传质性能。在同一表观液速下,气-液-固微型流化床的液相体积传质系数和相界面积均随表观气速的... 详细信息

本文对床径为3 mm的气-液-固微型流化床反应器的传质和化学反应性能进行了实验探究。以NaOH吸收CO2为模型反应,探究了气-液-固微型流化床的传质性能。在同一表观液速下,气-液-固微型流化床的液相体积传质系数和相界面积均随表观气速的增加而增加,这是由于表观气速的增加,气含率和相界面积增加,增大了气相传质通量。在相同的气液速度比下,气-液-固微型流化床的液相体积传质系数随表观液速的增加而增加。这是因为表观液速的增加,强化了床内湍动,促进了相间传质。气-液-固微型流化床的液相体积传质系数比气-液微型鼓泡塔提高了约13.16%。三相微型流化床中固体颗粒的流化作用,大大加剧了床层扰动,提高了三相微型流化床反应器的液相传质系数。以Ag/Al2O3负载型催化剂选择性催化氧化巴豆醛为模型反应,研究了气-液-固微型流化床反应器的反应性能。40℃为本实验的最佳操作温度。较高的床层膨胀比、较大的催化剂颗粒尺寸下,巴豆醛转化速率较高,这主要是由于液体的停留时间延长导致的。巴豆酸的选择性只对温度变化敏感。在达到相同的转化率时,间歇搅拌釜反应器所需要的平均停留时间是三相微型流化床的45.5倍;三相微型流化床反应器的反应效能R是间歇搅拌釜反应器的约2.4倍。气-液-固微型流化床特征尺寸的减小,有效地减小了分子扩散的距离,流化颗粒和众多微小气泡的存在,提供了更高的相界面积,并有效增强了相间扰动,从而使三相微型流化床反应器的化学反应性能得到有效的提高。

关键词：气-液-固微型流化床传质液相体积传质系数巴豆酸反应转化率选择性

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射流鼓泡反应器的流动行为与传质特性研究

射流鼓泡反应器的流动行为与传质特性研究

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作者：郭天琪浙江大学

学位级别：硕士

射流鼓泡反应器是甲醇羰基合成法制醋酸工艺的关键设备。其利用液体射流代替搅拌实现液相混合,具有结构简单、制造及维护费用低等诸多优点,逐渐在工业生产中得到广泛应用。射流鼓泡反应器这一新型气液反应器的研究起步较晚,且涉及射流... 详细信息

射流鼓泡反应器是甲醇羰基合成法制醋酸工艺的关键设备。其利用液体射流代替搅拌实现液相混合,具有结构简单、制造及维护费用低等诸多优点,逐渐在工业生产中得到广泛应用。射流鼓泡反应器这一新型气液反应器的研究起步较晚,且涉及射流和鼓泡两种不同的影响机制,目前对其特性的认识尚不深入。尤其是对反应器混合特性、传质规律以及流动行为等的认识有限,严重地束缚了反应器的设计、操作优化以及工程放大。本文采用冷模实验和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)模拟相结合的研究方法,对射流鼓泡反应器的流动行为与混合、传质特性展开研究。主要研究内容和成果包括：(1)利用电解质示踪法和能量输入分析,系统考察了射流鼓泡反应器中液相宏观混合时间随表观气速、射流Reynolds数等参数的变化规律。结果表明,恒定表观气速下,液相宏观混合时间随射流Reynolds数的增大先减小后基本保持不变。恒定射流Reynolds数下,液相宏观混合时间随着表观气速的增大先减小后增大。研究发现,射流和气泡之间既相互影响又相互制约,存在协同作用。当总输入功率一定时,混合时间随气体输入功率的增加先减小后增大,临界转折点在气体输入功率为总功率的60%处,转折点处气体鼓泡和液体射流协同作用最强。根据实验数据回归得到混合时间与液体和气体输入功率之间的定量关系tM=85.87xPL-0.12PG-0.1。研究发现旋扭三角形喷嘴和缩径式圆形喷嘴的宏观混合时间随着表观气速或射流Reynolds数的增大具有相同的变化规律,且液相混合性能优于缩径式圆形喷嘴。(2)利用动态溶氧法和能量输入分析,系统考察了射流鼓泡反应器内的液相体积传质系数随表观气速、射流Reynolds数等参数的变化规律。研究发现,恒定射流Reynolds数下,液相体积传质系数随表观气速的增大先增大后基本保持不变；恒定表观气速下,液相体积传质系数随射流Reynolds数的增大而增大。引入气体输入功率和液体输入功率,回归得到液相体积传质系数的经验关联式kLα= 0.0041PL0.26 PG0.33。分析结果表明,当气体输入功率占总功率的56%时,反应器内的传质系数最大,气体鼓泡和液体射流的协同作用最强。研究还发现旋扭三角形喷嘴的气液传质效果优于缩径式圆形喷嘴。(3)基于轴向液速的冷模实验结果,发现射流鼓泡反应器中存在液体射流作用区、气体鼓泡作用区、壁面作用区三类具有不同液体流动方向和控制机制的区域,归纳提出射流控制、鼓泡控制和射流鼓泡耦合控制的三种典型流动结构。以此为基础,建立了射流鼓泡反应器的串联釜模型,通过对比混合时间和液体速度径向分布,验证了模型的准确性。模型能区分射流作用区、鼓泡作用区、壁面作用区并计算各个区域的体积、液体流动方向及相邻区域间的质量交换速率等参数,进而分辨流动结构。研究发现,在射流和鼓泡的协同作用下,射流作用区呈现“纺锤形”结构,射流作用区的范围随表观气速的增大而缩小。径向流动系数λ(径向流入和流出区域i的流量和与轴、径向流入和流出该区域的流量和之比)越大,反应器内液体无规则湍动越剧烈,混合效果越好。λ随气体输入功率占总输入功率比例的增大先增大后减小,临界转变点在气体输入功率为总功率的64%-67%处,此时气体鼓泡和液体射流协同作用最强,能量利用率最高。(4)利用CFD模拟对射流鼓泡反应器的流动行为进行研究,通过比较平均气含率的模拟结果与冷模实验结果,验证CFD模拟的准确性；通过分析反应器内的相分布、液速分布及液体流线等数据,证实了反应器内“纺锤形”射流作用区的存在,发现了射流速度的骤降现象和靠近气体分布环处的气泡引起的较快的液体向上流动现象。反应器内存在多处促进液体流动、混合及传质的的涡状湍流。(5)提出了射流鼓泡反应器的放大准则,在满足几何尺寸相似的前提下,按照重要性排序依次为单位体积液体输入功相等、循环比相等和表观气速相等。

关键词：射流鼓泡反应器宏观混合液相体积传质系数能量输入串联釜模型计算流体力学放大

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