定—转子反应器开发研究

【摘要】本课题开发研制了一种新型过程强化设备——定-转子反应器。通过分别在定子与转子上设置多层交叉在一起的扰流元件与转动元件,形成转动元件-扰流元件-转动元件-扰流元件……的结构型式,相当于径向上具有多个强化传递与混合的端效应区串联,比旋转填充床转子中的端效应区所占的比例大为提高。同时,扰流元件可以改善液体的周向分布。另外,由于没有填料,并且流体在定-转子之间的流动过程中受到高剪切,使定-转子反应器具有很好的自清洁作用,对于高粘度物料或结晶沉淀体系不易出现堵塞现象。因此,定-转子反应器既可以实现与旋转填充床相近的高效传质和微观混合性能又可以克服旋转填充床的一些缺点。基于上述思想设计的定-转子反应器已经申请了国家发明专利。采用氮气-水脱氧这一液膜控制体系来研究定-转子反应器各项参数对传质性能的影响,并采用因次分析的方法建立了液相体积传质系数的关联式。然后,采用空气-水作为工作体系,研究了定-转子反应器的干床和湿床的气相压降特性。研究结果表明：(1)在实验研究范围内,水中氧的脱除率最高可以达到98%以上,定-转子反应器的液相体积传质系数与旋转填充床的传质系数在同一数量级(104mol·m-3·s-1)。(2)利用实验数据进行回归,得到了实验所用的定-转子反应器的液相体积传质系数的关联式。利用此关联式预测出口氧含量的计算值与实验值之间的误差在±15%之内。(3)在实验操作范围内,定-转子反应器的压降均低于45mmH2O。除并流操作时定-转子反应器的湿床压降比旋转填充床的压降高约10mmH2O之外。其他操作条件下,定-转子反应器的气相压降均比旋转填充床的气相压降低。采用碘化物-碘酸盐反应体系研究了定-转子反应器的微观混合特性。基于团聚模型推导了特征微观混合时间的计算式,结合实验数据计算了定-转子反应器的特征微观混合时间。研究结果表明,定-转子反应器的微观混合时间接近于10-5s,表明定-转子反应器的微观混合性能优良。鉴于定-转子反应器具有高效传质和快速微观混合性能,本研究选择气-液-固和液-液-固多相反应体系的典型代表,即Ca(OH)2-H2O-CO2体系和卤水-NaOH溶液体系,成功地制备出了平均粒径为40-50nm的纳米碳酸钙和平均粒径为60-80nm的纳米氢氧化镁。表明采用定-转子反应器制备纳米材料是可行的。
【作者】初广文；
【导师】陈罕；
【作者基本信息】北京化工大学，化工过程机械，2007，博士
【关键词】定-转子反应器；传质；压降；微观混合；纳米颗粒；

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