水溶解CO2过程界面对流现象的PIV/LIF测量及传质系数预测

建立了用于观测水溶解CO₂过程界面Rayleigh对流现象的粒子成像测速（PIV）和激光诱导荧光（LIF）技术联用方法,同时获得了该对流传质过程的液相速度场及浓度分布,定量观测了Rayleigh对流的发展过程。经界面对流发生条件下传质过程的分析,指出Rayleigh对流过程的涡量是影响传质过程的主要因素,给出了传质系数随涡量的变化关系和相应的关联式,进而为通过液相速度场的测量预测Rayleigh对流条件下的液相传质系数提供了一种有效的方法。     

气相第2组分对水溶解CO_2过程界面对流影响的LIF观测

采用激光诱导荧光(LIF)观测方法考察了在气相中分别添加乙醇和二氯甲烷分别对CO_2在水中溶解过程界面对流的影响,得到了液相中CO_2浓度分布及其演化的观测结果,通过物料衡算得到了相应条件下的液相传质系数。CO_2溶解过程会出现由密度梯度引起的Rayleigh对流。实验结果表明,当添加的乙醇含量小于8.47 mg·L-1时,Rayleigh对流会被增强,进而促进了CO_2的溶解;随着气相中乙醇含量的增大,Rayleigh对流反而被抑制;气相添加二氯甲烷会显著增强Rayleigh对流,提高了CO_2的传质速率,随着气相二氯甲烷含量的增大,CO_2在水中溶解过程的液相传质系数呈现先加强后恒定的趋势。     

气相第2组分对水溶解CO2过程界面对流影响的LIF观测

采用激光诱导荧光（LIF）观测方法考察了在气相中分别添加乙醇和二氯甲烷分别对CO₂在水中溶解过程界面对流的影响,得到了液相中CO₂浓度分布及其演化的观测结果,通过物料衡算得到了相应条件下的液相传质系数。CO₂溶解过程会出现由密度梯度引起的Rayleigh对流。实验结果表明,当添加的乙醇含量小于8.47 mg·L^-1时,Rayleigh对流会被增强,进而促进了CO₂的溶解;随着气相中乙醇含量的增大,Rayleigh对流反而被抑制;气相添加二氯甲烷会显著增强Rayleigh对流,提高了CO₂的传质速率,随着气相二氯甲烷含量的增大,CO₂在水中溶解过程的液相传质系数呈现先加强后恒定的趋势。     

水吸收CO_2过程界面对流的激光诱导荧光观测

建立了采用激光诱导荧光技术观测水吸收CO_2过程中界面对流现象的实验装置,利用荧光素钠作为荧光剂,通过标定获得了CO_2在水中溶解浓度与荧光强度的关系,进而获得了定量测量水中CO_2浓度分布的实验方法。通过建立的实验装置和方法,测量了水吸收CO_2过程中液体近界面Rayleigh对流发生时的浓度分布演化过程。利用实验结果对文献中报道的临界Rayleigh数进行了验证;并对上述吸收体系的界面传质由分子扩散主导逐步转变为对流传质主导的过程,以及Rayleigh对流对吸收过程界面传质的强化进行了定量分析。     

气相中乙醇对水吸收CO_2过程界面对流的影响

考察了在气相中加入少量乙醇对水吸收CO2过程中液相界面对流的影响。采用粒子成像测速仪(PIV)测定了这一气体吸收过程中液体瞬时流场。通过对液体流场信息进行处理,得到了不同条件下速度和湍动能的数据及其分布;根据流场内速度和湍动能及其分布结构,定量分析了气相中加入乙醇对气液传质过程界面对流的影响,发现气相中乙醇的加入导致了局部Marangoni效应,很大程度上增大了界面附近的对流,为促进气液传质提供了依据。     

水吸收CO2过程界面对流的激光诱导荧光观测

建立了采用激光诱导荧光技术观测水吸收CO₂过程中界面对流现象的实验装置,利用荧光素钠作为荧光剂,通过标定获得了CO₂在水中溶解浓度与荧光强度的关系,进而获得了定量测量水中CO₂浓度分布的实验方法。通过建立的实验装置和方法,测量了水吸收CO₂过程中液体近界面Rayleigh对流发生时的浓度分布演化过程。利用实验结果对文献中报道的临界Rayleigh数进行了验证;并对上述吸收体系的界面传质由分子扩散主导逐步转变为对流传质主导的过程,以及Rayleigh对流对吸收过程界面传质的强化进行了定量分析。     

CO_2吸收塔和再生塔传质系数K_G·a的计算

由国外引进的一批大型合成氨装置中,用本菲尔特溶液及氨基乙酸法脱CO_2的吸收塔和再生塔的填料高度,各公司均以专利为借口,没有提供传质计算。本文对CO_2吸收塔和再生塔传质系数K_G·a初步提出一个计算式。     

CO_2在13x分子筛上的吸附分离——总传质系数及数学模型

以CO_2在分子筛和活性炭上的吸附平衡理论为基础,用微分床层测定CO_2在13x分子筛上的吸附与解吸总传质系数K_0,对描述吸附柱操作的偏微分方程组,分别用Laplace变换和有限差分法直接求解,计算所得透过曲线与实验结果相近似。     

微通道内二乙醇胺/乙醇溶液吸收CO_2的传质性能

利用高速摄像仪实验研究了微通道内二乙醇胺(DEA)/乙醇溶液吸收CO2的传质过程。采用图像法得到微通道内气泡的体积变化,根据微通道进出口压力,计算得到了气液两相从开始接触到平衡时的平均传质系数k。分别考察了气液相流量和DEA浓度对传质系数的影响。结果表明:传质系数随着液相流量和溶液中DEA浓度增大而增大。对于给定的液相流量和DEA浓度,k随着气相流量增大而增大并逐渐趋于一个恒定值。提出了一个传质系数预测式,预测值和实验结果吻合良好。     

温度及压强对CO_2-盐水系统界面张力的影响

在超临界态CO_2封存于深部盐水层过程中,温度、压强等控制条件是影响封存效率和封存量的重要因素。应用分子动力学模拟的方法对343~373 K和6~35 MPa范围内的CO_2-Na Cl盐水系统进行了界面张力(IFT)及界面特性的研究,分析了IFT随温度及压强的变化关系,并观测到了压力平衡点pplateau;从分子尺度(物质密度、界面过余量、界面水合物密度)分析了IFT随压强、温度的变化,以及pplateau产生的原因。结果表明,pplateau前压强升高或温度降低将导致CO_2密度升高,IFT下降,而pplateau后IFT趋于稳定且受温度影响较小;CO_2的界面过余量及界面处水合物数量随压强及温度变化,与IFT的变化相反;高压下界面水合物密度的饱和现象可能是pplateau产生的重要原因。     

离子对CO_2-盐水系统界面特性的影响

应用分子动力学模拟的方法对不同浓度及组分比例的CO_2-NaCl、CO_2-CaCl_2和CO_2-(NaCl+CaCl_2)等CO_2-盐水系统的界面张力进行了研究,从分子层面上分析了不同种类的盐离子对界面张力的影响。结果表明,盐离子的存在会增加CO_2-纯水的界面张力,界面张力增量主要由阳离子电荷数导致,其余则由阳离子兰纳-琼斯势参数、原子质量等原子特性参数引起;3种系统的界面张力增量均与离子强度呈线性关系,且其曲线的斜率和盐溶液种类无关,为IFT预测提供理论指导。     

弯曲型微通道吸收CO_2/N_2混合气的传质性能

研究了T型多弯头微通道吸收CO_2过程中气-液两相流以及传质特性,混合气相组成为5%(V)CO_2和95%(V)N_2,液相组分分别为去离子水、0.5 mol?L~(-1)氢氧化钠水溶液和0.5 mol?L~(-1)二乙醇胺水溶液。利用高速摄像系统观测了微通道内入口处以及主通道内的气-液两相流的流型,得到气液两相流的流型分布图,确定了泰勒流的操作范围,以及泰勒流下不同气液相流量操作状况下气泡长度和液弹长度。考察了不同吸收剂(去离子水,氢氧化钠水溶液和二乙醇胺水溶液)在弯曲型微通道泰勒流吸收CO_2的传质行为,最终测定了微通道泰勒流吸收CO_2物理和化学过程的CO_2的吸收率和液相体积传质系数,并与文献中的液相体积传质系数进行分析和比较。针对物理吸收和快速化学吸收过程,分别提出了能更好预测液相体积侧传质系数的无因次经验关联式,平均偏差分别为12.4%和10.5%。     

乳状液膜分离Zn^2＋的界面传质阻力及传质模型

用Ｌｗｅｉｓ恒界面传质池对乳状液膜分离Ｚｎ＾２＋的传质阻力进行实验研究，结果表明由于表面活性剂单分子层的形成，使界面传质阻力占整个传质阻力的８５％。在此基础上所建立的既考虑界面传质阻力又考虑膜破碎的液膜传质模型能使用理论计算值与实验测定值符合较好。     

PP/CO_2体系流变性能的在线测量

采用具有快速收敛入口区的狭缝流变模具和 Labview 数据采集系统,对不同温度及不同注气量条件下的聚丙烯(PP)/CO_2体系的流变行为进行研究,探讨了超临界 CO_2/PP 体系黏度曲线的变化规律,并通过超声波探测系统,测量PP/CO_2体系的临界发泡压力。结果表明,不同工艺条件下 PP/CO_2体系的黏度曲线具有相似的斜率,且随注气量和体系温度的增大而线性降低;在体系温度175℃时,发泡临界压力随着体系温度的降低而增大。     

微通道内MEA/MDEA混合溶液吸收CO_2的传质特性

研究了T形微通道内N-甲基二乙醇胺(MDEA)和单乙醇胺(MEA)混合水溶液吸收CO2的传质过程。考察了弹状流型下气液两相流量、MEA和MDEA浓度对液侧传质系数k L和体积传质系数k La的影响。液侧传质系数和体积传质系数均会随着MEA浓度的升高而升高。与MEA相比,MDEA浓度的提高对传质影响较小。传质系数会随着液体流量的增大而增大,但气体流量的变化对其影响较小。体积传质系数随液体流量的增大而增大,但随气体流量的增大先增大,之后趋于稳定。考虑到化学反应对传质的强化作用,引入了Hatta数,提出了一个新的体积传质系数预测式,预测效果良好。     

微通道内单乙醇胺水溶液吸收CO_2/N_2混合气的传质特性

采用高速摄像仪对400μm×400μm T形微通道内单乙醇胺(MEA)水溶液吸收混合气中CO_2过程的气液两相流及传质特性进行了实验研究,微通道内的压力降采用压力传感器进行测量。考察了弹状流型下气液两相流量及MEA浓度对压力降、比表面积和传质性能的影响。结果表明,当MEA浓度不变,气液两相流量增大时,压力降、比表面积、传质系数、体积传质系数和增强因子均增大,并逐渐趋于恒定。当气液流量不变,MEA浓度增大时,压力降、传质系数、体积传质系数和增强因子增大,但比表面积减小。实验条件下,压力降范围为2.00~5.23 kPa,化学吸收过程的传质系数范围为7.74×10~(-4)~2.97×10~(-3) m·s~(-1)。对于伴有快速化学反应的传质过程,以Sherwood数、Reynolds数、Schmidt数及增强因子为变量建立了体积传质系数的预测关联式,平均偏差为5.09%,具有良好的预测性能。     

微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO_2的传质特性

采用高速摄像仪对微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO_2的传质行为进行了实验研究。考察了弹状流型下气液两相流量比和离子液体浓度对液侧体积传质系数kLa和液侧传质系数kL的影响。当离子液体浓度不变时,kLa、kL均随气液流量比的升高而增大并逐渐趋于恒定。当液相流量不变时,对于不同浓度的离子液体溶液,液侧体积传质系数kLa和液侧传质系数kL随气液流量比的变化曲线出现了交叉点。在交叉点之前,kLa和kL均随着离子液体浓度的增大而减小;在交叉点之后,kLa和kL均随着离子液体浓度的增大而增大。提出了用于预测液侧体积传质系数kLa的新的量纲1经验关联式,预测效果良好。     

超临界CO_2对UHMWPE/HDPE共混过程的影响

通过改进的耐高压力的密炼机,在170℃,通入超临界CO_2流体至约8 MPa,对超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)颗粒和高密度聚乙烯(HDPE)混合物进行了约20 min的熔融共混,并将UHMWPE质量分数为2%、4%、6%、8%、10%的UHMWPE/HDPE共混物与未通超临界流体的熔融共混物对比,以考察和了解超临界流体对体系扩散行为等的影响。差示扫描量热仪结果显示,超临界CO_2流体使共混物的熔点升高、结晶度增大、结晶峰温度略有上升;旋转流变仪结果显示,超临界CO_2流体使共混物熔体的复数黏度明显下降,损耗角正切明显降低并在低频区易于出现明显平台。同时对这些现象进行了一定的解释和推测     

填料塔中乙二胺/磷酸溶液吸收SO2的体积总传质系数

SO2减排已经成为国际关注的焦点问题,近年来,湿法烟气脱硫技术以其脱硫效率高、适应范围广、技术成熟等优点,成为当今占主导地位的烟气脱硫方法。可再生胺法脱硫技术作为一种新的脱硫方法得到了普遍关注。为进一步的工业设计提供参考依据,今采用乙二胺/磷酸溶液为吸收剂,测定和计算了在填料塔中乙二胺/磷酸溶液吸收烟气中SO2的体积总传质系数KGa,并研究了液气比、乙二胺浓度、进口气体中初始SO2浓度、吸收液初始pH值及反应温度对KGa的影响。实验结果表明,KGa随液气比的增大、乙二胺浓度的升高、吸收液初始pH值的增大而增大;体积总传质系数随初始SO2浓度的升高、反应温度的升高而降低。