论文部分内容阅读
目前,普遍认为醇胺法捕集CO2是碳捕集与封存技术(CCS,Carbon Capture andStorage)中最有效且最可行的方法之一,其适用范围广,技术相对成熟。但是传统填料塔内醇胺解吸二氧化碳能耗高达4-5GJ/tonCO2,约占CCS总能耗的80%,且设备庞大。因此亟需开发一种节能高效的气体解吸设备。本文以此为应用背景,探讨圆盘反应器的解吸性能。 鉴于气体解吸过程与聚合物脱挥过程的类似,本课题以类比法作为研究起点,寻找解决问题的突破口,从解吸与脱挥过程的机理、工艺和设备三方面进行类比,理解两者的相似性和共同点,为聚酯工业圆盘反应器应用于气体解吸过程奠定基础。 首先对垂直旋转圆盘在中低粘度物系条件下的流体力学行为进行数值模拟,获得流场与性能特征。结果表明:1.圆盘表面液膜根据速度差异可分为起始区、加速区和匀速区三部分。2.圆盘反应器釜内液相主体呈现Stewartson流型。3.将数值模拟与量纲分析结合,得到圆盘反应器的功率数:Np=6.81·Re-0.95(Fr/Re)-0.09,平均膜厚:h/R=Fr0.662Re-0.610;然后通过数值模拟方法进一步研究了圆盘液膜表面更新频率和质量传递等相关特性。模拟发现:1.圆盘液膜更新频率分布,随半径增加到一定值后不再变化,随角度先增加后减小,最大值出现在加速区。2.液膜平均更新频率S0/N=0.24·Fr-0.10·Re0.39。3.开窗区域自由膜厚度较薄,表面更新较快,同时能强化周围附壁膜更新。4.通过定量分析表面更新与传质关系得到:k=0.21√DS;最后采用实验手段,结合CFD优化后的圆盘结构,设计圆盘反应器,探讨采用圆盘进行解吸的可行性,考察圆盘反应器的解吸性能。实验表明:1.圆盘反应器氧气解吸实验,出口氧浓度接近平衡浓度,解吸效果明显;醇胺解吸二氧化碳的解吸率约90%,显著强化气液传质。2.圆盘解吸二氧化碳降低能耗的关键在于,改变解吸过程中二氧化碳和水蒸气的摩尔比例,抑制水分蒸发。 总体而言,圆盘反应器用于解吸值得期待。