定--轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中水脫氧的工藝和機(jī)制研究.pdf

1、定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器(Rotor-Stator Reactor,RSR)作為一種新型的超重力設(shè)備，是在超重力旋轉(zhuǎn)填料床（Rotating Paced Bed，RPB）基礎(chǔ)之上研制的。定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由固定在轉(zhuǎn)子盤上的轉(zhuǎn)子和安裝在端蓋上的定子所構(gòu)成。轉(zhuǎn)子盤上旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子起到了剪切與破碎液體的作用，使得定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中的液體被切割成微米至納米級的液滴和液膜，強化了氣-液兩相之間的傳質(zhì)過程;端蓋上靜止的定子起到了擾流的作用，使得定-轉(zhuǎn)子反

2、應(yīng)器中的液體重新分布，克服了旋轉(zhuǎn)填料床中液體分布不均勻的問題。因此，定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器展示出了良好地傳質(zhì)和微觀混合性能。
　　本論文針對傳統(tǒng)水脫氧工藝中溶氧在水中傳遞速率慢，設(shè)備尺寸大、能耗高的問題，提出了使用定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器作為水脫氧設(shè)備，以提高溶氧在水中地傳遞速率。研究了定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中的流體動力學(xué)特性和傳質(zhì)機(jī)理，并對比了定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中不同水脫氧體系的傳質(zhì)和水脫氧性能。本論文的主要研究內(nèi)容包含以下五個部分:
　　(1)采用了

3、基于電導(dǎo)率的激勵-響應(yīng)法研究了定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中的流體動力學(xué)特征?？疾炝宿D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、液體體積流量和轉(zhuǎn)子環(huán)層數(shù)等操作條件對定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中液體流動的影響規(guī)律。并建立了定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中液體平均流速、液體停留時間、持液量和液滴個數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。實驗結(jié)果表明得到的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式能夠很好地預(yù)測定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中液體的平均流速、液體停留時間、持液量和液滴個數(shù)，預(yù)測值和實際值之間的誤差均在±10％以內(nèi)。
　　(2)以定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中水脫氧體系為研究基礎(chǔ)。

4、考察了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、液體體積流量、氣體體積流量和真空度等操作參數(shù)對定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中傳質(zhì)系數(shù)的影響規(guī)律。實驗結(jié)果顯示，液相體積傳質(zhì)系數(shù)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的加快、氣體體積流量的增加、液體體積流量的增加和真空度的增大而增大。在本實驗的操作條件下，真空-N2-水脫氧體系的傳質(zhì)性能最好，其次為N2-水脫氧體系，真空-水脫氧體系傳質(zhì)性能較差。
　　(3)以N2-水脫氧為研究對象，建立了定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中液相體積傳質(zhì)系數(shù)的機(jī)理模型。實驗結(jié)果表明通過本論文建

5、立的液相體積傳質(zhì)系數(shù)模型的預(yù)測值與液相體積傳質(zhì)系數(shù)的實驗值之間的誤差范圍不超過±15％，顯示了所建立的機(jī)理模型的良好預(yù)測性能，為更好的理解定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中傳質(zhì)過程奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)利用使用主元回歸模型建立了定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器內(nèi)液相體積傳質(zhì)系數(shù)的統(tǒng)計模型。實驗結(jié)果顯示，基于主元回歸的傳質(zhì)系數(shù)模型能夠很好的應(yīng)用于變量之間相關(guān)性較強的真空-N2-水脫氧過程中，預(yù)測效果明顯好于基于線性回歸的液相體積傳質(zhì)系數(shù)模型。基于主元回歸的模型在預(yù)測

6、N2-水脫氧和真空-N2-水脫氧過程中的預(yù)測值與實驗值之間的誤差基本都處于±15％以內(nèi)。此外，主元回歸模型相對于機(jī)理模型有更寬的適用范圍。
　　(5)利用真空-N2-水脫氧體系、N2-水脫氧體系、CO2-水脫氧體系和真空-水脫氧體系來考察定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器水脫氧的性能?？疾炝宿D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、液體體積流量、氣體體積流量和真空度等操作參數(shù)對定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中脫氧率的影響規(guī)律。結(jié)果表明:脫氧率隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的加快、氣體體積流量的增加和真空度的增大而上