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摘 要

随着膜技术的不断发展，一些新型的混合技术也开始走向工业应用。其中膜分散技术是气液两相反应中用于解决分布不均匀以及界面传质速率低等问题的一种新技术。而粘度作为流体的主要物性之一，尤其是液体粘度，在许多方面影响着传质过程的进行。为了加快膜分散技术在工业上的大规模应用，提高反应速率和选择性，合理利用反应条件，减少能源消耗，具体研究粘度对传质的影响是一个重要的方向。

本课题通过一整套的实验设备，系统地观察了微气泡的特性，利用先进的拍摄、测量工具和计算机处理技术，对膜分布器中甘油体系的流体力学和传质行为进行了实验研究。结果表明，液体粘度对微气泡大小分布存在双重作用，气泡直径随着粘度的增大而先减小后增大。气含率和气液相间接触面积随着粘度的增大而增大。在不同的错流速度条件下，粘度对体积传质系数存在不同的影响规律。在低错流速度下，体积传质系数随着粘度的增大而减小且与表观气速无关；在高错流速度条件下，体积传质系数随着粘度的增大而增大。

关键词：传质 微气泡 膜分散 粘度

Effect of viscosity on gas-liquid hydrodynamics and mass transfer process in multi-channel ceramic membrane distributor

ABSTRACT

With the continuous development of membrane technology, some new mixing technologies tend to achieve industrial applications. Membrane dispersion technology is new in gas-liquid two-phase reaction to solve the problem of uneven distribution and low mass transfer rate. The viscosity as one of the main physical properties of the fluids, especially the liquid viscosity, in many ways affects the mass transfer process. In order to speed up the large-scale application of membrane dispersion technology in industry, improve the reaction rate and selectivity, reasonably make use of reaction conditions and reduce energy consumption, the specific study of viscosity is an important direction.

In this paper, the characteristics of microbubbles were systematically studied by a whole set of experimental equipment. The hydrodynamics and mass transfer behavior of glycerol system in membrane distributor were studied by using advanced photography, measuring tools and computer processing technology. The results show that the viscosity of microbubbles has a double effect on the microbubble size distribution, and the bubble diameter decreases first and then increases with the increase of viscosity. The gas holdup and the interphase area increase with the increase of viscosity. Under different cross flow velocity conditions, the viscosity has different influence on the mass transfer coefficient. Under the condition of low cross flow velocity, the mass transfer coefficient decreases with the increase of viscosity and has nothing to do with the apparent gas velocity. The mass transfer coefficient increases with the increase of the viscosity under the condition of high cross flow velocity.

Key Words: Mass transfer; Microbubbles; Membrane dispersion; Viscosity

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 微气泡 1

1.2.1溶气释气法 2

1.2.2超声空化法 2

1.2.3电解法 2

1.2.4膜分散法 3

1.3 膜分散 4

1.4 粘度对流体力学和传质过程的影响 5

1.5 本课题研究目的和内容 6

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料及设备 7

2.2 实验装置 8

2.3 实验参数测定 9

2.3.1气泡大小 9

2.3.2气含率 9

2.3.3体积传质系数 10

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 气泡大小分布 11

3.1.1粘度对气泡大小分布的影响 11

3.1.2气泡Sauter直径 12

3.1.2.1错流速度和粘度对气泡Sauter直径的影响 12

3.1.2.2表观气速和粘度对气泡Sauter直径的影响 13

3.2 气含率 14

3.2.1错流速度和粘度对气含率的影响 14

3.2.2表观气速和粘度对气含率的影响 15

3.3 相间面积 15

3.3.1错流速度和粘度对相间面积的影响 15

3.3.2表观气速和粘度对相间面积的影响 16

3.4 体积传质系数 17

3.4.1错流速度和粘度对体积传质系数的影响 17

3.4.2表观气速和粘度对体积传质系数的影响 18

第四章 结论 19

参考文献 20

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1 研究背景

化学反应是化学工业的核心，影响着工业过程的能量消耗和生产水平。反应过程中传质的快慢直接决定了反应速率的快慢，而大部分气体在液体中的溶解度都非常低，从而限制了气液传质，不利于反应的进行，因此气液两相反应常存在产物收率较低的问题。分析其原因，分子尺度的反应物料混合不均匀是关键问题^[1]。另外，由于多相体系中流体的流动和传质行为都十分复杂，导致多相流反应器的设计和放大一直是工业过程中的难点。因此，系统研究气液体系的流体力学和传质行为，能够对现行的操作条件和反应器结构进行优化，指导工业过程的生产。

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