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微通道内溶液吸收H_2S传质特性的研究

苏宏久

   本文以脱除工业气体中的H2S为背景,系统研究了微通道内N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液吸收H2S的两相流动,传质的特点,并且对微通道的实用放大作了进一步的探讨。 通过对直径为1.00mm的T型圆形微通道内40wt.%MDEA水溶液吸收1200ppmvH2S混和气体的传质过程研究,发现H2S的脱除效率可以达到很高(气液比为200/1,脱除效率达99.5%),确定了H2S传质的阻力主要集中在气侧。气侧体积传质系数和气液界面面积分别可以高达31746mol/(m3 s atm)和11100m2/m3,比其它传统气液接触设备高出1-2个数量级。然而微通道内的气液两相传质强化的主要原因是气液界面面积的增大,而传质系数的变化不是很明显;提出了新的适合于本体系的气侧传质系数经验关联式。 考察了不同的操作条件对吸收过程的影响,结果发现H2S脱除效率随着操作压力、溶液浓度、微通道长度的增加而增加,随着操作温度、原料气入口浓度、水力学直径的增加而减小,而截面形状和材料对其的影响不是很明显。而且发现系统的操作压力和原料气入口浓度,通道长度对传质系数的影响很小 以MDEA水溶液和N2为工作流体,考察了直径为0.56-1.80mm微通道内的压力降特点。发现传统的经典理论对微通道内的单相流体流动是有效的。针对气液两相压力降,以分相流模型为基础,提出了适合于实验操作条件新的两相因子修正模型。 以CO2-N2/NaOH水溶液系统测定了直径为0.56-1.80mm微通道内气液两相过渡流型的界面面积,结果发现微通道内的气液界面面积随着气液表观流速的增加而增加,随着微通道内径的减小而增大。为了定量地描述微通道内气液两相的界面面积,提出了新的界面面积经验关联式。 采用蜂窝规整载体对微通道进行了放大,提出和设计了适合于多通道的新型气液分布器,而且采用传统收集液体的方法考察了分布器的液体分布性能。研究了气液表观流速和分布器与通道之间的距离参数H对分布器的影响规律,结果发现新型气液分布器的性能高于文献中的填料分布器和管式分布器,而且分布器容易放大,不存在放大效应。通过模拟的方法,研究了分布器的气体分布效果,发现参数H和气体表观流速对气体的分布都有很大的影响。 设计了蜂窝规整载体吸收器,采用40wt.%MDEA水溶液吸收H2S,结果发现气液分布器对H2S的脱除效率影响很大。通过对比三种不同分布器的H2S脱除效率,表明新型分布器的设计思路和设计参数优于其它分布器。定量地研究了分布效果对H2S吸收过程的影响,发现随着液体分布不均因子的减小,其出口的H2S浓度减小,而H2S的脱除效率增大。利用单一通道的传质特性和蜂窝规整载体上液体的分布规律,计算了多通道吸收器内的H2S脱除效率,结果显示计算值与实验吸收结果吻合得比较好。……   
[关键词]:过程强化;微通道;气液传质;气液界面面积;气液分布器
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年