开题报告-硕士.doc

1 课题的来源和依据 1．1 气体吸收强化传质的意义 气体吸收是典型的传质过程，已广泛应用在化工生产的各个领域中，其应用大致分为以下几种：(1) 净化或精制气体。混合气的净化或精制常采用吸收的方法。如在合成氨工艺中，采用碳酸丙烯酯(或碳酸钾水溶液)脱除合成气中的二氧化碳等。(2) 制取某种气体的液态产品。气体的液态产品的制取常采用吸收的方法。如用水吸收氯化氢气体制取盐酸等。(3) 回收混合气体中所需的组分。回收混合气体中的某组分通常亦采用吸收的方法。如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃等。(4) 工业废气的治理。 在工业生产所排放的废气中常含有少量的SO2、H2S、HF等有害气体成分，若直接排入大气，不仅会对环境产生污染，而且还会造成一定程度的浪费。因此，在排放之前必须加以治理，工业生产中通常采用吸收的方法，选用碱性吸收剂除去这些有害的酸性气体；例如炼厂干气中的可再利用的成分回收，CO2的回收再利用等。 在资源缺乏和环保要求日趋严格的双重压力下，轻烃的回收和利用越来越得到人们的关注。气体轻烃主要来源于炼厂干气，仅乙烯、乙烷在炼厂干气中的含量就约为10～30％，极具利用价值。吸收法是工业上回收轻烃的常用方法，收率低是该法存在的主要问题之一，为提高轻烃收率，工业上主要采用两种方式改进，一是工艺流程的优化，二是气液传质过程强化。工艺流程优化主要是对设备和工艺路线进行改进，但由于工厂实际情况，如场地环境等限制，难以全面实施优化设计，而且常因为一个优化目标而以损失其它性能为代价，如为了提高收率，增大吸收剂用量，从而增加能耗等，因此工艺流程的优化对提高轻烃收率有限，而气液传质过程的强化能够在不改变整体工艺流程的基础上从根本上提高轻烃CO2的排放量有增无减,我国是目前仅次于美国的世界上第二大CO2排放国。据预测，我国的CO2总排放量将于2020年左右超过美国而成为CO2的头号排放大国,这样势必会给我国乃至全球带来更加严重的气候和生态环境的负面影响，因此，必须尽早尽快采取有效措施控制CO2的排放,减缓“温室效应”。为了抑制温室效应，必须控制大气中的CO2浓度。因此，合成可以直接吸收CO2的性能优良的材料，用于减少化石燃料在燃烧过程中排放的CO2气体，已经成为一个重要的研究课题[3,4]。 因此为了缓解资源危机和环境污染的压力，通过强化气液两相传质最大限度地提高单位体积设备的传质通量,从而缩小设备尺寸、简化工艺流程路线、降低投资成本和运行操作费用,实现低耗高效的工业生产,也是实现分离和反应有机耦合并使复合过程高度集成和相关设备微型化的从现有的研究开发情况看,强化气液传质过程的主要途径一是通过改进设备结构,以改善两相流动和接触；二是引入质量分离剂(包括催化剂、反应组分、吸附剂、有机活性组分、无机电解质和膜材料等),提出各种耦合或复合型传质分离技术三是引入第二能量分离剂(如磁场、电场、超声场、激光)利用不同频率外场能量与体系内各个组分相互作用,如选择性激发和选择性吸收,提高组分之间的相对挥发度,甚至改变一种或几种组分的化学形态,实现目标组分的分离[-7]。Rodriguez-Doni[12]研究表明一定的条件下在气液两相体系中加入第二液相能够显著提高气体吸收速率，这种影响与第二液相的物性有关，第二液相的加入量直接影响其对气液传质的影响，当第二液相加入量较小时，随着加入量的增加，促进传质，但是当加入量较大时这种作用则不明显第二液相对传质过程的影响与流动场有关，增加流动场的搅动有助于强化气液传质[,14]。 Mehra和Cents等将活性炭细粉或有机溶剂小液滴加入到电解质水溶液中，较大程度地增强了气体的吸收速率。在耗氧生物发酵过程中，氧在水溶液中的溶解度很小，然而生物耗氧量却随时间成指数增长,因而生物发酵的能力常常受氧传质速率的限制。 在鼓泡塔反应器的泡沫底部安装激振器，可以将振动通过活塞传递给液相，振动的频率和振幅可调节到精准的状态，当频率在40-120HZ时，毛细管喷嘴的气泡尺寸减小了40-50％，振动增加了传质系数，进而改进了气泡柱气液接触的潜力[]。 对于液-液体系来说，分散液滴的尺寸在微米量级的传质过程比传统传质过程要小两个数量级，以微孔膜为分散介质对液-液传质性能进行研究，结果表明直接影响传质系数的是停留时间和两相相比，传质系数随着它们的增大而减小[]。 固体颗粒在液相中分散均匀可使传质和传热的阻力变小。可提高反应速率，传质速率，传热速率，从而有利于设备体积的减小，和能耗的降低，起到了强化作用。在直径为30mm的鼓泡内，泡点温度下加入4A分子筛微粒/异丙醇-水，和4A分子筛微粒/叔丁醇-水浆料，结果表明随着固含量的增加，浆料的表观粘度增加，在低固含量下，随着固含量的增加，气液传质增强，浆料固含量达到4％时，增强效果最好，超过8.5％后，不能起