航空煤油中溶解氧的超重力脱除实验与模拟研究

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随着航空航天技术的发展,航空煤油的热氧化安定性问题引发了广泛关注。航空煤油中的溶解氧含量极低(约70 ppm),却对热氧化安定性产生重要影响,脱除溶解氧可有效抑制热氧化沉积的形成。然而,现有的燃料溶解氧脱除技术存在溶解氧脱除效果、处理速度、设备体积等方面的缺陷。旋转填充床是新兴的运用超重力技术的过程强化设备,其体积传质系数高,有望实现航煤中溶解氧的高效脱除。本文将超重力技术与燃料脱除溶解氧技术相结合,建立了使用旋转填充床的航空煤油超重力脱除溶解氧方法。该方法的体积传质系数(k Lae)约为0.01~0.06s-1,溶解氧脱除率高达99%,可将溶解氧脱除至1 ppm以下。考察了操作参数对溶解氧脱除效果和液相体积传质系数的影响。研究发现,除氧效果会随转速和气液比的升高而显著增强、随丝网空隙度的增加而降低;k Lae随转速、气液比和液相流率的增加而显著增大、随丝网空隙度的增加而减小。同时获得了超重力溶解氧脱除至5 ppm和1 ppm的适宜操作参数。建立了超重力脱除溶解氧过程的传质模型。该模型基于表面更新理论,认为液相每通过单层丝网进行一次表面更新,从气液有效传质面积和液相传质系数的两方面解释了超重力溶解氧脱除过程的强化传质作用。该模型计算的溶解氧脱除效果与实验结果吻合良好,脱氧效果偏差在±15%以内。使用该模型可以对脱除效果进行合理预测。通过电加热管实验对超重力除氧航煤的热安定性进行表征。溶解氧脱除至1ppm的航空煤油结焦抑制率为87.9%,可以有效提高热安定性,进一步证实了溶解氧是导致沉积产生的主要原因。然而,酚类物质作为热氧化沉积形成的前驱体之一,可导致除氧燃料仍有少量沉积产生。因此,本文提出了串联固相萃取-全二维气相色谱-MS/FID的酚类物质分析方法,对非位阻酚和位阻酚具有极高的定性和定量准确性。该方法通过正相固相萃取与阴离子交换固相萃取(使用双环胍离子化位阻酚)的串联预处理手段,结合高分辨率、高灵敏度的全二维气相色谱,对样品中的99种酚类物质逐一分析。同时探究了热安定性测试后酚类物质的变化,经加热后酚类物质的总含量会降低41%。
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