超重力强化固液传质基础及应用研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:pennyboys
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固液传质过程广泛存在于工业生产中,如废水的处理、药物的提取以及燃料的加工等,传统固液传质过程通常在搅拌槽(STR)装置中实现,由于固液传质效率低,导致STR尺寸大,能耗高,且物料处理时间长。作为一种典型的化工过程强化手段,超重力技术广泛应用于化工分离及反应过程,在强化多相传质和混合过程展现了极大的优势。按照应用体系来划分,目前超重力技术的应用主要集中在气液、气固、液液、气液固体系,关于超重力强化固液传质过程的研究甚少,其强化的效果及机理还未明确。本文探究了超重力强化固液传质的机理,并尝试将超重力技术应用于白油精制及聚丙烯酰胺溶液配制等固液混合及分散过程。以活性白土吸附水中的苯酚为实验体系,开展超重力强化固液传质基础理论的研究。等温吸附和热力学实验表明,活性白土对苯酚吸附的平衡关系符合Langmuir模型,且吸附热为-7.146 kJ·mol-1,说明活性白土吸附水中的苯酚是一个单分子层的物理吸附过程。动力学研究表明,整个吸附过程与拟二级动力学方程拟合度较高,且内、外扩散均是速率控制步骤。本实验在RPB中最优条件下吸附量可达到12.38 mg·g-1,比同操作条件下STR的10.39mg·g-1提高了约19%。此时,内扩散速率常数为2.3703 mg·g-1·min-0.5,是相似条件下STR中内扩散速率常数的1.28倍;外扩散速率常数为0.8892 cm·s-1,是相似条件下STR中外扩散速率常数的1.65倍,实验结果表明RPB可以提高活性白土吸附苯酚的吸附速率和吸附量。鉴于RPB对于吸附过程显著的强化作用效果,开展了超重力强化白油吸附精制的实验研究中,考察了转速、液体流量、固含量以及温度对吸附精制效果的影响。最终确定在RPB中的最佳操作条件为:转速为1000 rpm,液体流量为20 L.h-1,活性白土含量为15 g.L-1,温度为368.15 K,在此条件下,经过RPB处理后的白油吸光度降至1.29,效果明显优于STR处理结果(1.63)。实验探究了超重力强化聚丙烯酰胺快速分散配制聚合物水溶液的可行性,考察了不同操作参数对聚合物分散溶解效果的影响。对比RPB法和STR法配制的低浓度聚合物溶液基础物性发现:聚合物水溶液分子量、特性粘度、过滤系数和水不溶物含量几乎相等,但RPB法得到的溶液粘度略大。RPB法制得的聚合物溶液比传统STR法制得的聚合物溶液具有更好的抗剪切性、稳定性以及采油效果。RPB法与STR相比不仅实现了连续操作,大大缩短了聚合物的溶解时间,还节约了空间,使其在聚合物溶解方面具有较高的应用价值,尤其在海洋平台等受限空间。
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