气液反应体系相界面传质强化研究

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1、气液反应体系相界面传质强化研究１１１１２１１１１１张志炳，田洪舟，王丹亮，刘义榕，何健，齐敏，张锋，罗华勋，丁维平，周政（１．南京大学化学化工学院，江苏南京２１００４６；２．南京大学医学院附属鼓楼医院，江苏南京２１０００８）摘要：气液反应界面传质的强化是当今高效和节能反应器研究的重要课题，弄清反应器内的气液传质机理是对气液反应器进行数学描述的关键。反应过程的能效和物效与体系中的传质系数ｋＧ，ｋＬ，ｋＳ以及相界面面积ａ等参数直接相关，这些参数受气泡尺寸、分布、表观气速和气含率等因素的制约。就确定的体系和反应条件而言，这些因

2、素会因反应器的结构尤其是搅拌和混合方式的变化而异。文章从理论上分析了影响气液界面传质的各因素，建立了较为详细的理论模型。理论计算结果表明：气泡大小是影响气液界面传质和最终反应速率的重要流体力学参数，微米级气泡对反应过程的强化作用明显。能量耗散率是决定体系气泡大小的深层原因，强化气液反应器设计时应重点考虑。关键词：多相反应体系；界面传质；过程强化中图分类号：ＴＱ０２１．４文献标识码：Ａ文章编号：１００５９９５４（２０１６）０３０００１０８ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５９９５４．２０１６．０３．００１

3、Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｇａｓｌｉｑｕｉｄｒｅａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ１１１１２ＺＨＡＮＧＺｈｉｂｉｎｇ，ＴＩＡＮＨｏｎｇｚｈｏｕ，ＷＡＮＧＤａｎｌｉａｎｇ，ＬＩＵＹｉｒｏｎｇ，ＨＥＪｉａｎ，１１１１１ＱＩＭｉｎ，ＺＨＡＮＧＦｅｎｇ，ＬＵＯＨｕａｘｕｎ，ＤＩＮＧＷｅｉｐｉｎｇ，ＺＨＯＵＺｈｅｎｇ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ＆ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４６，Ｊｉａｎ

4、ｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕｌｏｕＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＳｃｈｏｏｌ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００８，ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｇａｓｌｉｑｕｉｄｓｙｓｔｅｍｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｔｏｅｘｐｌｏｒｅｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｒｅａｃｔｏｒｓ．Ｉｔｉｓｔｈｅｋｅｙｔｏｗｅｌｌｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｔ

5、ｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｇａｓｌｉｑｕｉｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｆｏｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｌｙｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇｏｆａｇａｓｌｉｑｕｉｄｒｅａｃｔｏｒ．ＢｏｔｈｅｎｅｒｇｙａｎｄｍａｓｓｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎａｒｅｄｉｒｅｃｔｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｇａｓｌｉｑｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌａｒｅａａａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｋＧ（ｇａｓｓｉｄｅ），ｋＬ（ｌｉｑｕｉｄｓｉｄｅ）ａｎｄｋＳ（ｌｉｑｕｉｄｓｏｌｉｄ）．Ｔｈｅｓｅｐａｒａｍ

6、ｅｔｅｒｓａｒｅｏｆｔｅｎｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｂｙｓｉｚｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｏｗｉｎｇｂｕｂｂｌｅｓ，ｔｈｅｇａｓｈｏｌｄｕｐａｎｄｔｈｅｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙｅｔｃ．，ｗｈｉｃｈｃａｎｖａｒｙｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｏｒ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｍｉｘｉｎｇａｎｄｓｔｉｒｒｉｎｇｍｏｄｅ．Ｆａｃｔｏｒｓｏｆｇａｓｌｉｑｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｗｅｒｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ

7、ｌｙａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｏｍｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｓｅｔｕｐ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓｉｚｅｉｎｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｇａｓｌｉｑｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｆｉｎａｌｒｅａｃｔｉｏｎｒａｔｅｆｏｒａｃｅｒｔａｉｎｒｅａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｎｂｕｂｂｌｅｓｈａｖｅｏｂｖｉｏｕｓｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ．Ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏ

8、ｎｒａｔｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｄｅｅｐｒｅａｓｏｎｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄｇａｓｌｉｑｕｉｄｒｅａｃｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｒ