定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中傳質(zhì)過(guò)程及納微顆粒制備的研究.pdf

1、定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器(Rotor-stator Reactor, RSR)是一種以旋轉(zhuǎn)填充床(Rotating Packed Bed，RPB)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的新型超重力設(shè)備，它主要由在徑向上交錯(cuò)排布的同心轉(zhuǎn)子環(huán)和定子環(huán)構(gòu)成。液體在RSR中高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子及靜止的定子作用下，被剪切破碎，形成微小的液膜、液絲或者液滴，使得氣-液兩相湍動(dòng)程度及氣-液兩相界面更新速率大大增加，令傳質(zhì)及微觀混合過(guò)程得以高度強(qiáng)化。因此，RSR在傳質(zhì)控制的化工過(guò)程中展現(xiàn)出很

2、強(qiáng)的應(yīng)用前景。
　　本論文針對(duì)RSR這一新型反應(yīng)器，進(jìn)行了流體流動(dòng)研究及氣-液傳質(zhì)過(guò)程研究等基礎(chǔ)研究，并針對(duì)微乳液/乳液體系黏度高、濃度分布不均勻等特點(diǎn)，利用RSR強(qiáng)化傳質(zhì)與混合過(guò)程，制得粒徑可控、分布窄、負(fù)載后催化活性高的催化劑載體。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、利用高速攝像系統(tǒng)對(duì)于RSR內(nèi)液體流動(dòng)形態(tài)進(jìn)行了可視化研究，考察了不同實(shí)驗(yàn)條件下如定/轉(zhuǎn)子環(huán)層數(shù)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和液體體積流量對(duì)于液滴平均直徑、液滴速度矢量平均角度

3、和液滴平均速率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在實(shí)驗(yàn)條件下RSR內(nèi)水液滴平均直徑在311-1045μm之間，平均速率在1.73-8.86m·s-1之間;微乳液液滴平均直徑在271-775μm之間，平均速率在2.08-7.34m·s-1之間。通過(guò)量綱分析法建立了預(yù)測(cè)液滴平均直徑及液滴平均速率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，液滴平均直徑及液滴平均速率的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值能較好的吻合，誤差不超過(guò)15％。
　　2、利用CO2-NaOH體系對(duì)RSR內(nèi)氣-液有效相

4、際傳質(zhì)比表面積（ae）進(jìn)行了研究，考察了不同實(shí)驗(yàn)條件如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、液體體積流量和氣體體積流量對(duì)于ae的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在實(shí)驗(yàn)條件下ae在126.6-211.6m2·m-3之間。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到了預(yù)測(cè)ae的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，ae的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值能較好的吻合，誤差不超過(guò)5％。
　　3、利用NH3-水體系對(duì)RSR內(nèi)氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)(Kya)進(jìn)行了研究，考察了不同實(shí)驗(yàn)條件如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、液體體積流量和氣體體積流量對(duì)于Kya的影響。實(shí)驗(yàn)

5、結(jié)果顯示，在實(shí)驗(yàn)條件下RSR內(nèi)Kya在47.3-97.5mol·m-3·s-1之間。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到了預(yù)測(cè)Kya的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，Kya的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值能較好吻合，誤差不超過(guò)10％。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，NH3-水體系在RSR中的Kya比在RPB中的Kya高13％，說(shuō)明RSR對(duì)于氣膜控制傳質(zhì)過(guò)程的強(qiáng)化效果要優(yōu)于RPB。
　　4、利用NH3-油包水型（Water-in-oil，W/O）微乳液體系對(duì)RSR內(nèi)Kya進(jìn)行了研究，考察了微

6、乳液不同含水量對(duì)于微乳液密度、黏度和NH3-微乳液體系亨利系數(shù)的影響，以及不同實(shí)驗(yàn)條件如微乳液含水量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、液體體積流量和氣體體積流量對(duì)于Kya的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在實(shí)驗(yàn)條件下RSR內(nèi)Kya在19.5-73.0mol·m-3·s-1之間。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，NH3-微乳液體系在RSR中的Kya比在填料塔中的Kya高65％，說(shuō)明RSR對(duì)于傳質(zhì)過(guò)程的強(qiáng)化效果要優(yōu)于傳統(tǒng)塔器。
　　5、利用NH3-W/O微乳液體系在RSR中進(jìn)行了制備

7、納米Ce0.5Zr0.5O2載體的研究，考察了不同實(shí)驗(yàn)條件如制備溫度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、氣液體積流量比對(duì)于納米Ce0.5Zr0.5O2載體比表面積及粒徑的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在所用實(shí)驗(yàn)條件下，最優(yōu)制備工藝為制備溫度為303K，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為800rpm，氣液體積流量比為2.7。在該條件下，制得了平均粒徑為5nm，粒徑分布為4-8nm，比表面積為216m2·g-1的納米Ce0.5Zr0.5O2載體。利用所得載體負(fù)載貴金屬得到的Au/Ce0.5Zr0.

8、5O2催化劑具有較高活性，在室溫(298K)下即可將CO完全催化轉(zhuǎn)化。
　　6、利用乳液體系在RSR中進(jìn)行了制備烯烴聚合用MgCl2球形載體的研究，考察了不同實(shí)驗(yàn)條件如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、乳化時(shí)間、第三組分的加入和出料管長(zhǎng)度對(duì)球形載體平均直徑及徑距的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為800rpm，乳化時(shí)間為40min，不添加第三組分，出料管長(zhǎng)度為1.0m的條件下制備了平均直徑在28-138μm范圍內(nèi)可調(diào)控，最優(yōu)徑距為1.0，球形度高的MgCl