超重力場(chǎng)內(nèi)氣液傳質(zhì)強(qiáng)化研究進(jìn)展

桑樂(lè)，羅勇，初廣文，鄒?？?，向陽(yáng)，陳建峰

（北京化工大學(xué)教育部超重力工程研究中心，北京 100029）

引 言

化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造了高達(dá)20%的GDP，但存在高能耗、高物耗、高污染“三高”問(wèn)題，能源消費(fèi)量占全國(guó)總消費(fèi)量的16.4%，廢水排放量居全國(guó)工業(yè)廢水排放總量之首，占 19.7%，是當(dāng)前國(guó)家“節(jié)能減排”的重點(diǎn)行業(yè)。為解決“三高”問(wèn)題，西方國(guó)家將過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)列為化學(xué)工程優(yōu)先發(fā)展的三大領(lǐng)域之一，期望通過(guò)化工過(guò)程強(qiáng)化從根本上革新當(dāng)代化學(xué)工業(yè)[1]。超重力技術(shù)是典型的化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)之一。作為超重力技術(shù)的核心設(shè)備，超重力旋轉(zhuǎn)床具有優(yōu)異的微觀混合和傳遞強(qiáng)化性能，從而極大地縮小了反應(yīng)器尺寸，降低了投資成本，且還具有液泛點(diǎn)低、開停車容易、維護(hù)和檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)眾多科研工作者的努力，超重力技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。在基礎(chǔ)研究方面，超重力旋轉(zhuǎn)床的流體力學(xué)特性、微觀混合性能、傳遞過(guò)程強(qiáng)化規(guī)律及模型化等研究都取得了不錯(cuò)的成果；在應(yīng)用研究方面，主要表現(xiàn)在以下3方面：①納米顆粒材料超重力制備技術(shù)；②超重力反應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)；③超重力分離強(qiáng)化技術(shù)[2-8]。目前，超重力技術(shù)已成為化工過(guò)程強(qiáng)化的有效途徑之一，超重力場(chǎng)內(nèi)強(qiáng)化傳質(zhì)的研究也得到廣泛關(guān)注，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不斷被發(fā)明與優(yōu)化，其中一些已成功應(yīng)用到化工工業(yè)生產(chǎn)中。本文從旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)出發(fā)，綜述了整體旋轉(zhuǎn)式、雙動(dòng)盤式、動(dòng)靜結(jié)合式等轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的超重力旋轉(zhuǎn)床氣液傳質(zhì)強(qiáng)化的研究進(jìn)展和理論成果，并展望了超重力旋轉(zhuǎn)床氣液強(qiáng)化傳質(zhì)的發(fā)展方向。

圖1 按操作方式的旋轉(zhuǎn)床分類Fig.1 Types of RPBs according to operation mode

1 超重力旋轉(zhuǎn)床的基本結(jié)構(gòu)與氣液傳質(zhì)強(qiáng)化原理

經(jīng)過(guò) 30多年的發(fā)展，科研工作者已將超重力旋轉(zhuǎn)床發(fā)展成多種形式。按操作方式或氣液流動(dòng)的方向，可分為逆流旋轉(zhuǎn)床[9][圖1 (a)]、并流旋轉(zhuǎn)床[10][圖 1 (b)]和錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)床[11-12][圖 1 (c)]。

圖2 逆流超重力旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of counter-current rotating packed bed

逆流超重力旋轉(zhuǎn)床的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，旋轉(zhuǎn)床殼體上布置有氣體進(jìn)、出口和液體進(jìn)、出口。轉(zhuǎn)子跟隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)變頻儀可方便地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力場(chǎng)(通常為 10～1000倍重力加速度)來(lái)模擬超重力場(chǎng)。超重力旋轉(zhuǎn)床在運(yùn)行時(shí)，液體從液體進(jìn)口通入液體分布器，從液體分布器噴灑在填料上，液體被高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子剪切、破碎成細(xì)微的液滴、液膜和液絲，與來(lái)自氣體進(jìn)口自轉(zhuǎn)子外緣進(jìn)入內(nèi)緣的氣體，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部填料等多孔介質(zhì)中與液體逆流接觸，完成氣液兩相傳質(zhì)的強(qiáng)化過(guò)程。

圖3 按是否填充填料的旋轉(zhuǎn)床分類Fig.3 Types of RPBs according to whether filling of packing

圖4 常見的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類型Fig.4 Types of general rotor structure

各類型旋轉(zhuǎn)床最大區(qū)別在于其內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，若按轉(zhuǎn)子內(nèi)是否裝載填料分，可分為填充式旋轉(zhuǎn)床[13][圖 3 (a)]和非填充式旋轉(zhuǎn)床[14-15]{主要有定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)床[圖3 (b)]、折流式旋轉(zhuǎn)床[圖3 (b)]}。

從目前的文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，常見的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子[圖4 (a)]、雙動(dòng)盤式轉(zhuǎn)子[圖4 (b)]、動(dòng)靜結(jié)合式轉(zhuǎn)子[圖4 (c)、(d)、(e)]、霧化式轉(zhuǎn)子[圖4 (f)]等[16-17]。一般而言，整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在轉(zhuǎn)子徑向方向上連續(xù)填充一定厚度的填料，為單一填料環(huán)狀，由單臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；雙動(dòng)盤式轉(zhuǎn)子由上下兩層多圈同心填料環(huán)組合，由兩臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)；動(dòng)靜結(jié)合式轉(zhuǎn)子為兩層轉(zhuǎn)盤咬合而成，由單臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要分為兩類：轉(zhuǎn)子內(nèi)未裝載填料的定-轉(zhuǎn)子（同心分布的棒狀立柱）、折流式轉(zhuǎn)子（同心分布的多孔環(huán)形板）和轉(zhuǎn)子內(nèi)裝載填料的交錯(cuò)式轉(zhuǎn)子（靜止的同心分布環(huán)形板和旋轉(zhuǎn)的同心分布填料環(huán)組合）；霧化式轉(zhuǎn)子一般由環(huán)形板組成，也由單臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

下面本文從不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)床出發(fā)，綜述超重力旋轉(zhuǎn)床氣液傳質(zhì)強(qiáng)化的研究進(jìn)展和理論成果。

2 超重力旋轉(zhuǎn)床的氣液傳質(zhì)研究進(jìn)展

氣液傳質(zhì)設(shè)備一般采用傳質(zhì)系數(shù)來(lái)表征其傳質(zhì)能力，對(duì)于超重力旋轉(zhuǎn)床而言，研究人員主要對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量、傳質(zhì)參數(shù)關(guān)聯(lián)式擬合、傳質(zhì)參數(shù)模型構(gòu)建3方面開展了諸多研究工作。

早在19世紀(jì)50年代，即超重力旋轉(zhuǎn)床還未發(fā)明之前，已有科研人員研究了傳質(zhì)系數(shù)與重力加速度之間的關(guān)系。Onda等[18]在填料塔中進(jìn)行了水吸收CO2和NH3的研究，得到液相傳質(zhì)系數(shù)kL與重力加速度g的0.38次冪呈正比的關(guān)系，如式(1)所示。

1965年，Vivian等[19]將一個(gè)內(nèi)徑為0.152 m、高0.305 m裝有拉西環(huán)填料的填料塔，放置在一個(gè)水平旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，氣液逆流接觸，利用空氣解吸水中飽和CO2的體系測(cè)量傳質(zhì)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液相體積傳質(zhì)系數(shù)kLa與重力加速度的 0.41～0.48次冪呈正比。

19世紀(jì)70年代，受美國(guó)宇航傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的啟發(fā)，英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司（ICI）發(fā)明了超重力旋轉(zhuǎn)床[20-21]，從此開啟了超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)過(guò)程的研究。

2.1 整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)研究

圖4 (a)顯示的為整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子內(nèi)可裝載散裝填料，也可裝載規(guī)整填料，由Ramshaw等[20]于1979年發(fā)明，是目前研究最成熟、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

1981年，Ramshaw等[22]在離心力場(chǎng)為240倍重力加速度的超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)，得到液相傳質(zhì)系數(shù)kL與重力加速度的 0.14～0.504次冪呈正比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1985年，Tung等[23]以溶質(zhì)滲透理論為基礎(chǔ)，假設(shè)離心力場(chǎng)的傳質(zhì)過(guò)程亦遵循傳統(tǒng)填料塔的傳質(zhì)規(guī)律，將離心加速度替代重力加速度，得到如下關(guān)聯(lián)式

1989年，Dudukovic等[24-25]在液相為連續(xù)相、氣相為分散相的超重力旋轉(zhuǎn)床中，填充了glass bead等填料，利用NaOH溶液吸收CO2體系，測(cè)得了液相傳質(zhì)系數(shù)和有效傳質(zhì)比表面積?；谝后w在rotating disk 和rotating blade均為層流流動(dòng)的液膜假設(shè)，得到液相傳質(zhì)系數(shù)kL與離心加速度的0.1667次冪呈正比的結(jié)論，其關(guān)聯(lián)式為

1990年，Rao等[26]研究了液相為分散相、氣相為連續(xù)相的超重力旋轉(zhuǎn)床的流體力學(xué)性能和傳質(zhì)性能。實(shí)驗(yàn)同樣采用NaOH溶液吸收CO2體系，測(cè)得了液相體積傳質(zhì)系數(shù)kLa，在實(shí)驗(yàn)的操作范圍內(nèi)，其kLa的值為0.08～0.15 s?1，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Vivian等[19]和Tung等[23]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為超重力場(chǎng)下液相體積傳質(zhì)系數(shù)kLa的值高出傳統(tǒng)塔器1個(gè)數(shù)量級(jí)（圖5）。

1991年，楊村[27]采用氮?dú)饨馕腥苎醯膶?shí)驗(yàn)體系，對(duì)裝載有泡沫金屬填料的超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行傳質(zhì)研究，實(shí)驗(yàn)中考察了轉(zhuǎn)速、氣體流量和液體流量對(duì)傳質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速和液體流量的增大在一定程度上促進(jìn)傳質(zhì)，而氣體流量的增大對(duì)傳質(zhì)無(wú)明顯作用。

1992年，王玉紅[28]基于 Danckwerts表面更新的思想，采用新的處理方法，對(duì)超重力場(chǎng)內(nèi)的傳質(zhì)模型進(jìn)行了修正。在超重力場(chǎng)下，旋渦把新鮮物料帶到相界面上，在新暴露出來(lái)的表面上，兩相進(jìn)行不穩(wěn)定的分子擴(kuò)散傳質(zhì)，旋渦在界面上停留 0～∞時(shí)間后，又被新的旋渦所替代，得到修正后的傳質(zhì)系數(shù)方程為

1993年，竺潔松[29]對(duì)裝載有泡沫金屬填料、陶瓷泡沫填料、普通不銹鋼絲網(wǎng)填料和RS鋼波紋絲網(wǎng)填料的超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行了液相體積傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)子填料區(qū)和空腔區(qū)均參與傳質(zhì)，在Dudukovic的模型假設(shè)基礎(chǔ)上[24-25]，同時(shí)考慮了液膜和液滴模型，運(yùn)用溶質(zhì)滲透理論推導(dǎo)了覆蓋在第i層填料表面的液相傳質(zhì)系數(shù)為

圖5 Rao的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Vivian等的、Tung等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig.5 Comparison of mass transfer coefficient results of Rao et al, Tung et al, and Vivian et al

從第i層填料飛出的液滴表面的液相傳質(zhì)系數(shù)為

此外，竺潔松還發(fā)現(xiàn)了端效應(yīng)區(qū)(靠近轉(zhuǎn)子內(nèi)緣的區(qū)域)的存在，該區(qū)域有極高傳質(zhì)系數(shù)，原因是在緊靠?jī)?nèi)徑的一兩層填料的空間中產(chǎn)生了大量的液滴，而大量液滴的表面積數(shù)值相當(dāng)于全部床層填料表面積的幾倍甚至于十幾倍。

1994年，基于Dudukovic和竺潔松的研究成果，王桂輪[30]利用水脫氧體系對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)傳質(zhì)過(guò)程做了進(jìn)一步的假設(shè)：①氣液兩相在界面完全混合，達(dá)到平衡；②液體從一個(gè)填料空心球(填料為球形聚四氟乙烯，假定填料由無(wú)數(shù)個(gè)空心球組成)流到另外一個(gè)空心球時(shí)，液相混合完全，濃度均一（其中空心球內(nèi)部傳質(zhì)分兩部分：其一是液膜傳質(zhì)；其二是液滴傳質(zhì)）；③由于實(shí)驗(yàn)體系為液膜控制，忽略氣相傳質(zhì)阻力，得到

王桂輪通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，證實(shí)了端效應(yīng)區(qū)的存在，認(rèn)為旋轉(zhuǎn)的填料對(duì)液體分布器噴射出來(lái)的液體進(jìn)行強(qiáng)烈的切割使液體更好的分散是端效應(yīng)區(qū)氣液傳質(zhì)強(qiáng)化的主要原因。

1995年，王剛[31]以黃原膠水溶液為研究對(duì)象，利用亞硫酸鈉氧化法考察超重力旋轉(zhuǎn)床中非牛頓流體的傳質(zhì)特性，并得到了液相體積傳質(zhì)系數(shù)與操作條件的關(guān)聯(lián)式

1995年，萬(wàn)冬梅[32]采用氨法吸收SO2，對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行了傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究，其將旋轉(zhuǎn)床內(nèi)部分為3個(gè)區(qū)，即填料端效應(yīng)區(qū)、填料主體區(qū)和轉(zhuǎn)子與殼體之間的空腔區(qū)，并建立了上述3個(gè)區(qū)域的氣相體積傳質(zhì)系數(shù)的模型。

1996年，Kelleher等[33]利用超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)環(huán)己烷/正庚烷全回流精餾實(shí)驗(yàn)，得到氣相體積傳質(zhì)系數(shù)kGa的關(guān)聯(lián)式為

1996年，Liu等[12]利用汽提乙醇來(lái)測(cè)量氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)KGa，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸，得到經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

式(11)中量綱 1數(shù)變化范圍為：

可以看出，KGa隨離心加速度的0.25次冪變化。

1996年，廖穎[34]采用氮?dú)饨馕腥苎躞w系，對(duì)裝載有錦凸網(wǎng)填料的超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行流體力學(xué)和傳質(zhì)特性的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，氣液傳質(zhì)過(guò)程主要發(fā)生在填料間的自由液體上，填料表面的液膜傳質(zhì)不占主要部分。這一結(jié)論對(duì)如何進(jìn)一步提高傳質(zhì)效率提供了依據(jù)。根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，一味增大填料本身的比表面積對(duì)提高傳質(zhì)系數(shù)比較有限，大幅提高傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)鍵在于如何強(qiáng)化填料對(duì)液體的剪切，使液體最大程度的被細(xì)化。同時(shí)，廖穎還假設(shè)床內(nèi)有端效應(yīng)區(qū)、主體區(qū)和空腔區(qū)，由于3個(gè)區(qū)在每個(gè)位置傳質(zhì)系數(shù)不同，給出液相平均體積傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算公式

以及3個(gè)區(qū)傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式

郭鍇等[35-36]利用電視攝像機(jī)觀測(cè)了超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)流體的流動(dòng)情況，并測(cè)得填料表面液膜厚度為30～80 μm。另外一個(gè)貢獻(xiàn)是利用電導(dǎo)探頭測(cè)量了液體在填料內(nèi)的停留時(shí)間分布。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的基礎(chǔ)物理數(shù)據(jù)，利用水脫氧體系對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的平均液相體積傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明，端效應(yīng)區(qū)的徑向厚度為填料內(nèi)緣的 10 mm左右，其傳質(zhì)系數(shù)是轉(zhuǎn)子填料主體區(qū)（轉(zhuǎn)子區(qū)域除去端效應(yīng)區(qū)剩余的區(qū)域）的數(shù)倍，空腔區(qū)的傳質(zhì)系數(shù)約為主體區(qū)的1/3。

1996年，張軍[37]利用高速頻閃攝影技術(shù)對(duì)裝載泡沫金屬填料與RS波紋絲網(wǎng)填料的超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)，不同區(qū)域不同操作條件下的流體流動(dòng)狀況進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在300～600 r·min?1時(shí)，液體以液膜形式覆蓋在填料表面，填料間隙液體以液膜和液滴呈一定比例存在；在800～1000 r·min?1時(shí)，填料表面液體主要為液膜態(tài)，填料間隙液體主要以液滴形式存在且有少量液線；在空腔區(qū)液體主要以液滴形式存在。照片經(jīng)過(guò)分析處理后，得到空腔區(qū)液滴直徑為 0.1～0.3 mm。此外，張軍利用水脫氧體系擬合得到端效應(yīng)區(qū)液相體積傳質(zhì)系數(shù)

郭奮等[38-39]在錯(cuò)流超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)進(jìn)行了液膜控制過(guò)程（水脫氧）和氣膜控制過(guò)程（水吸收氨氣）的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)，并認(rèn)為液相總體積傳質(zhì)系數(shù)為

氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)為

1997年，竺潔松[40]對(duì)裝載有RS鋼波紋絲網(wǎng)填料的超重力旋轉(zhuǎn)床流體流動(dòng)和氮?dú)饨馕腥苎躞w系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液體分布器與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)速度越大，液體分布越均勻，并且液體在端效應(yīng)區(qū)的微粒化程度越強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)的填料對(duì)液體的微粒化作用是旋轉(zhuǎn)床氣液傳質(zhì)強(qiáng)化的主要原因。此外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了超重力旋轉(zhuǎn)床設(shè)計(jì)中的兩個(gè)重要指標(biāo)：①液體與填料間的相對(duì)碰撞速度；②液體在填料中的均勻分布。

1999年，崔建華[41]采用氮?dú)饨馕腥苎醯膶?shí)驗(yàn)體系，對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床有無(wú)內(nèi)支撐兩種情況進(jìn)行了傳質(zhì)研究。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)操作條件下內(nèi)支撐開孔形狀和厚度、內(nèi)支撐在填料中不同位置對(duì)傳質(zhì)影響不大。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到了無(wú)內(nèi)支撐時(shí)平均液相體積傳質(zhì)系數(shù)為

上述結(jié)論對(duì)工業(yè)應(yīng)用的超重力旋轉(zhuǎn)床設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。例如，對(duì)于絲網(wǎng)填料等非整形填料，需有內(nèi)支撐固定填料，因內(nèi)支撐的厚度對(duì)旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)的影響不明顯，所以在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)須考慮其對(duì)傳質(zhì)的影響，只需考慮其機(jī)械強(qiáng)度。

2000年，李振虎[42]提出在超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)存在兩個(gè)表面現(xiàn)象：一是液滴的表面吸附作用，二是微小霧滴的過(guò)飽和蒸氣壓。根據(jù)對(duì)流擴(kuò)散方程，在充分考慮這兩個(gè)現(xiàn)象對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的明顯作用下，對(duì)旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行了模型化。采用水吸收CO2為例，對(duì)并流操作和逆流操作分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)值吻合良好。

2000年，燕為民[43]采用RS鋼波紋絲網(wǎng)填料，以水吸收SO2為研究體系，將自制的電導(dǎo)探頭埋藏在填料中，采集液體的濃度信號(hào)，首次對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床沿徑向的液相濃度分布進(jìn)行了測(cè)量。得到了如下的液相體積傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

同時(shí)，基于表面更新理論建立了超重力旋轉(zhuǎn)床填料層內(nèi)的傳質(zhì)模型。

2001年，楊玲等[44]通過(guò)氮?dú)?水系統(tǒng)，對(duì)裝有三葉草形和球形填料的超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行了傳質(zhì)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液相體積傳質(zhì)系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速和氣體流量的增加而增大，同時(shí)還得到了氣液兩相間的傳質(zhì)不總是與填料的比表面積呈正比的重要結(jié)論。

2002年，Chen等[45]用水吸收VOCs(異丙醇、丙酮和乙酸乙酯)，對(duì)氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)（KGa）進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，KGa隨著GrG的0.18次方增加；旋轉(zhuǎn)床的氣相傳質(zhì)系數(shù)（kG）在一定范圍內(nèi)與填料塔傳質(zhì)系數(shù)值相類似；超重力場(chǎng)下強(qiáng)化傳質(zhì)的原因在于氣液有效接觸面積大幅度增加。Chen等還提取了 Liu等[12]關(guān)于汽提乙醇的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回歸出適用于多種VOCs(異丙醇、丙酮、乙酸乙酯和乙醇)的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式

2003年，郭奮等[46]利用 TG0.5、TG1.0、和BUCT1、2、3噴頭共5種液體分布器（每個(gè)液體分布器有 4個(gè)供液管，呈十字分布，TG0.5、TG1.0的每個(gè)出液管上有兩個(gè)噴霧孔，孔徑分別為 0.5、1.0 mm；BUCT1每個(gè)管上有兩個(gè)孔徑為1.0 mm的出液孔；BUCT2每個(gè)管上有一條縫隙為0.3 mm、縫長(zhǎng)為10.0 mm的小縫；BUCT3每個(gè)管上有孔徑為1.0 mm的噴霧孔），采用水吸收氨氣體系，在不同操作條件下研究了液體初始分散對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)的影響。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)所用5種分布器對(duì)傳質(zhì)影響不明顯；液體分布器到填料內(nèi)緣空腔的傳質(zhì)貢獻(xiàn)占整個(gè)旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)貢獻(xiàn)的10%以下。

2004年，Chen等[47]用水吸收伴隨有氧氣分解的臭氧，在不同操作條件下對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床的液相體積傳質(zhì)系數(shù)和有效傳質(zhì)比表面積進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液相體積傳質(zhì)系數(shù)顯著地隨著轉(zhuǎn)速、氣體流量和液體流量的增大而增大；有效傳質(zhì)比表面積隨著液體流量的增大而明顯增大，隨著轉(zhuǎn)速的減小而緩慢增大，受氣體流量影響很小。

2004年，許明等[48]認(rèn)為前人在超重力旋轉(zhuǎn)床流體力學(xué)和傳質(zhì)模型研究中存在不足，于是提出3方面的補(bǔ)充：①應(yīng)考慮氣相對(duì)液體分散相的影響；②應(yīng)更合理地簡(jiǎn)化絲網(wǎng)填料結(jié)構(gòu)；③應(yīng)考慮液滴的凝并和破碎。通過(guò)這些補(bǔ)充內(nèi)容，建立了液相平均體積傳質(zhì)系數(shù)模型，又利用水脫氧實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，模型結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

2004年，胡孝勇等[49]采用NaOH吸收CO2體系，分別對(duì)裝載填料（瓷拉西環(huán)、玻璃珠、三板式、四板式、五板式）和不裝載填料的超重力旋轉(zhuǎn)床在不同操作條件下進(jìn)行了有效傳質(zhì)比表面積的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速和液體流量的增大均使有效傳質(zhì)比表面積增大；裝載填料測(cè)得的有效傳質(zhì)比表面積值均比不裝載填料時(shí)大，且裝載有五板式填料轉(zhuǎn)速為 800 r·min?1、液量為 0.07 m3·h?1時(shí)的有效傳質(zhì)比表面積最大，為149.7 m?1。

2005年，Chen等[50]采用氮?dú)夥謩e與牛頓流體（甘油水溶液）和非牛頓流體（羥甲基纖維素鈉水溶液）進(jìn)行逆流脫氧實(shí)驗(yàn)，對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床黏性流體進(jìn)行了液相傳質(zhì)系數(shù)的研究。以流體在填料內(nèi)的流動(dòng)方式為層流液膜流為假設(shè)建立傳質(zhì)模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)出含黏性流體（牛頓和非牛頓流體）的液相體積傳質(zhì)系數(shù)

相比于填料塔，流體黏度對(duì)旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)的影響很小，超重力旋轉(zhuǎn)床有能力處理黏性牛頓流體和非牛頓（如剪切變薄）流體。

2005年，Chen等[51]采用水脫氧體系，分別對(duì)不同轉(zhuǎn)子內(nèi)半徑(固定轉(zhuǎn)子外半徑)和轉(zhuǎn)子外半徑（固定轉(zhuǎn)子內(nèi)半徑）超重力旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)性能進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)旋轉(zhuǎn)床體積不變時(shí)，填料徑向厚度越?。ㄌ盍蠌较蚝穸茸钚?0 mm）其液相體積傳質(zhì)系數(shù)越大。當(dāng)填料徑向厚度減小時(shí)，填料體積亦減小，填料體積越小則液體分布器到轉(zhuǎn)子內(nèi)緣的體積或轉(zhuǎn)子外緣到殼體內(nèi)壁的體積越大，這兩部分體積越大則端效應(yīng)越顯著。而 Chen等認(rèn)為的端效應(yīng)區(qū)為轉(zhuǎn)子內(nèi)緣和轉(zhuǎn)子外緣附近的區(qū)域，這一觀點(diǎn)與竺潔松[29]認(rèn)為的端效應(yīng)區(qū)（即轉(zhuǎn)子內(nèi)緣附近的區(qū)域）有所不同。Chen等整理了大量傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將端效應(yīng)的因素考慮在內(nèi)，擬合了液相體積傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式為

2006年，Chen等[52]繼續(xù)采用水脫氧體系，對(duì)4種不同性質(zhì)（填料大小、形狀、原料、表面性質(zhì)）組合成的 11種填料進(jìn)行了傳質(zhì)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同長(zhǎng)度的丙烯酸玻璃珠填料對(duì)于旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)效率沒(méi)有明顯影響；在填料形狀的實(shí)驗(yàn)中，金屬絲網(wǎng)狀的液相體積傳質(zhì)系數(shù)最高，陶瓷玻璃珠液相體積傳質(zhì)系數(shù)居中，而拉西環(huán)和矩鞍形的液相體積傳質(zhì)系數(shù)較低；丙烯酸、玻璃、陶瓷和不銹鋼玻璃珠為填料原料，此4種材質(zhì)測(cè)得的液相體積傳質(zhì)系數(shù)相近；丙烯酸玻璃珠、玻璃珠、陶瓷玻璃珠和不銹鋼玻璃珠經(jīng)表面疏水處理后液相傳質(zhì)系數(shù)值均比未處理前要低，這可能是因?yàn)榻?jīng)過(guò)處理后，填料不容易被液體潤(rùn)濕，導(dǎo)致氣液接觸面積減小。最后，在式(24)基礎(chǔ)上，將不同填料性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到液相體積傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式

2006年，金沙楊[53]分別進(jìn)行了超重力旋轉(zhuǎn)床和填料塔酸性氣體吸收的冷模實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，填料塔中吸收過(guò)程的氣相總傳質(zhì)系數(shù)為 0.1～0.6 s?1，而旋轉(zhuǎn)床的氣相總傳質(zhì)系數(shù)為 0.2～3.0 s?1，并且旋轉(zhuǎn)床CO2吸收率要明顯高于填料塔的吸收率，旋轉(zhuǎn)床的CO2吸收率隨操作條件的變化敏感性要低于填料塔。由此可見，旋轉(zhuǎn)床吸收CO2過(guò)程的傳質(zhì)效果要優(yōu)于填料塔吸收過(guò)程，吸收效果強(qiáng)于傳統(tǒng)的填料塔單獨(dú)堿洗工藝。

2008年，Chen等[54]利用水吸收VOCs（異丙醇、丙酮和乙酸乙酯），首次在錯(cuò)流超重力旋轉(zhuǎn)床中提出了氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

2009年，Yi等[55]討論了超重力旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速超過(guò) 800 r·min?1時(shí)的氣液傳質(zhì)模型。根據(jù) Burns等[56]的可視化實(shí)驗(yàn)得知，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò) 800 r·min?1時(shí)，液體在轉(zhuǎn)子內(nèi)部幾乎全部為液滴形態(tài)。通過(guò)建立物料平衡方程，可得液相傳質(zhì)系數(shù)為

利用Onda等[57]基于填料塔內(nèi)氣相傳質(zhì)系數(shù)

最終得到旋轉(zhuǎn)床的氣相總傳質(zhì)系數(shù)

2010年，Yang等[58-59]設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)子內(nèi)徑不變，外徑可以變化的可沿程取樣的超重力旋轉(zhuǎn)床。他們利用NaOH吸收CO2體系，測(cè)定了轉(zhuǎn)子內(nèi)徑不變、外徑變化情況下的有效傳質(zhì)比表面積，得到空腔區(qū)傳質(zhì)貢獻(xiàn)最大占整體的25%，并首次驗(yàn)證了端效應(yīng)區(qū)的有效傳質(zhì)比表面積值數(shù)倍于填料主體區(qū)值的結(jié)論。由于端效應(yīng)區(qū)和主體區(qū)的差異，他們提出了分段函數(shù)的有效傳質(zhì)比表面積的關(guān)聯(lián)式

李沃源等[60-62]發(fā)明了一種脫除聚合物揮發(fā)分的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置。以糖漿為高黏載體、丙酮為揮發(fā)分、不銹鋼絲網(wǎng)為填料，在不同操作條件下對(duì)超重力脫揮裝置的脫揮效果進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提高真空度、轉(zhuǎn)速和揮發(fā)分起始濃度，或減小流體黏度和流體體積流量，均能增強(qiáng)脫揮效率。脫揮效率的提高主要是因?yàn)檎婵斩群蛽]發(fā)分起始濃度的提高產(chǎn)生了較高的平均濃度梯度，增加了揮發(fā)分丙酮往氣相的傳質(zhì)。相比常規(guī)脫揮設(shè)備，超重力旋轉(zhuǎn)床脫揮裝置氣液傳質(zhì)效果好，效率高，能耗低。

2010年，錢智等[63]利用CO2-MDEA為實(shí)驗(yàn)體系，研究了超重力旋轉(zhuǎn)床中伴有可逆反應(yīng)的氣液傳質(zhì)。首先，實(shí)驗(yàn)基于3條假設(shè)：①超重力旋轉(zhuǎn)床中液體大部分以液膜形式存在并進(jìn)行傳質(zhì)；②液膜都有相同的平均壽命；③填料的表面積設(shè)為氣液的有效接觸面積，然后應(yīng)用滲透模型對(duì)MDEA吸收CO2的動(dòng)態(tài)過(guò)程建立了擴(kuò)散-反應(yīng)偏微分方程，最后通過(guò)模型所得模擬值與實(shí)驗(yàn)值比較得出結(jié)論，超重力旋轉(zhuǎn)床強(qiáng)化傳質(zhì)是由于不斷更新的液膜使得可溶性氣體短時(shí)間內(nèi)在液膜內(nèi)形成較大的濃度梯度，并且這種強(qiáng)化作用是在動(dòng)態(tài)中完成的。

2011年，Chen[64]總結(jié)了中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)的大量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步擬合了更加精準(zhǔn)的氣相體積傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式

圖6 轉(zhuǎn)子內(nèi)腔、填料區(qū)和轉(zhuǎn)子外腔結(jié)構(gòu)Fig.6 Schematic diagram of inner cavity, packing area,and outer cavity in RPB

2011年，Zhang等[65]在超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)首次利用離子液體吸收CO2，同時(shí)運(yùn)用表面更新理論得到如下液相體積傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式

2012年，Sun等[66]提出了超重力旋轉(zhuǎn)床的設(shè)計(jì)方程。如圖6所示，將旋轉(zhuǎn)床劃分為3個(gè)區(qū)域：轉(zhuǎn)子內(nèi)腔（r=0～ri）、轉(zhuǎn)子填料區(qū)（r=ri～ro）、轉(zhuǎn)子外腔（r=ro～rc），針對(duì)上述3個(gè)區(qū)，分別給出設(shè)計(jì)方程。

2012年，Luo等[67]為考察超重力旋轉(zhuǎn)床所用填料微結(jié)構(gòu)調(diào)變對(duì)傳質(zhì)的影響，對(duì)不同絲徑和孔徑的不銹鋼絲網(wǎng)組合為8種不同填料，測(cè)定其有效傳質(zhì)比表面積。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了端效應(yīng)區(qū)的存在，并非線性擬合了含有絲網(wǎng)參數(shù)的不銹鋼絲網(wǎng)填料有效傳質(zhì)比表面積的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

2013年，羅會(huì)娟[68]設(shè)計(jì)了一種基于化學(xué)吸收法（NaOH吸收CO2），來(lái)測(cè)定超重力旋轉(zhuǎn)床及其空腔區(qū)有效傳質(zhì)比表面積的方法。實(shí)驗(yàn)將純N2通入旋轉(zhuǎn)床填料區(qū)域，再將一定濃度的CO2從空腔區(qū)外部直接通入空腔區(qū)，根據(jù)分子擴(kuò)散理論，合理控制通入兩種氣體的流量，可保證通入的N2恰好保護(hù)填料區(qū)域，使化學(xué)反應(yīng)僅發(fā)生在空腔區(qū)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超重力旋轉(zhuǎn)床及其空腔區(qū)的有效傳質(zhì)比表面積分別為359 m?1和164 m?1，空腔區(qū)傳質(zhì)貢獻(xiàn)約占整體的25%左右。

2013年，宋俊男等[69]認(rèn)為端效應(yīng)區(qū)徑向厚度由未被填料絲剪切的液體射流所決定?；谝后w進(jìn)入填料后，一部分液體以液膜形態(tài)隨著填料沿周向移動(dòng)，另一部分液體繼續(xù)沿徑向流動(dòng)?；谏鲜黾僭O(shè)，利用N-S方程和質(zhì)量守恒方程推導(dǎo)出端效應(yīng)區(qū)長(zhǎng)度與射流速度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系式。此后，他們利用物理手段（墨跡實(shí)驗(yàn)）和化學(xué)手段（脫碳實(shí)驗(yàn)）對(duì)上述推導(dǎo)的關(guān)系式所求得的端效應(yīng)區(qū)徑向厚度進(jìn)行了證明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可視化結(jié)果與模擬計(jì)算結(jié)果誤差不超過(guò)10%，脫碳實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子空間全部裝載有填料，廣泛用于氣液、液液、氣液固、氣固等反應(yīng)過(guò)程。整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子最突出的特征——端效應(yīng)區(qū)，即在轉(zhuǎn)子內(nèi)緣徑向厚度為10～15 mm的環(huán)形區(qū)域傳質(zhì)效率數(shù)倍于轉(zhuǎn)子主體區(qū)。近些年來(lái)，科研人員正在深入研究端效應(yīng)現(xiàn)象并利用其來(lái)強(qiáng)化主體區(qū)傳質(zhì)，過(guò)程雖略有進(jìn)展，但總體仍顯緩慢。在未來(lái)一段時(shí)間，端效應(yīng)的形成原因仍是研究重點(diǎn)。

2.2 雙動(dòng)盤式轉(zhuǎn)子超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)研究

在精餾、吸收等過(guò)程中傳質(zhì)阻力可能控制在氣相、液相或氣液兩相。在超重力旋轉(zhuǎn)床中，氣膜控制的傳質(zhì)過(guò)程研究偏少，提高氣側(cè)的傳質(zhì)系數(shù)也是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。雙動(dòng)盤式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)[圖4 (b)]是源于“調(diào)節(jié)氣相和液相間的切線滑移速度來(lái)改變氣相傳質(zhì)系數(shù)”的思想，由印度的科研人員發(fā)明[70]。

圖7 雙動(dòng)盤式超重力旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)Fig.7 Structure of split packing high gravity rotating bed

2006年，Rao等[71]首次對(duì)裝載有雙動(dòng)盤式轉(zhuǎn)子超重力旋轉(zhuǎn)床（圖7）進(jìn)行了傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定，利用NaOH溶液吸收NH3和水脫氧體系分別測(cè)定氣相體積傳質(zhì)系數(shù)和液相體積傳質(zhì)系數(shù)，得到以下關(guān)聯(lián)式

2011年，Rajan等[72]利用NaOH溶液吸收CO2，對(duì)裝載泡沫金屬填料的雙動(dòng)盤式超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行了傳質(zhì)研究。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與整體旋轉(zhuǎn)式超重力旋轉(zhuǎn)床和填料塔進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論，裝載泡沫金屬填料的雙動(dòng)盤式旋轉(zhuǎn)床的有效傳質(zhì)比表面積值分別是填料塔、整體旋轉(zhuǎn)式超重力旋轉(zhuǎn)床的10倍和2倍；液相體積傳質(zhì)系數(shù)最大為填料塔的 20倍，并且是整體旋轉(zhuǎn)式超重力旋轉(zhuǎn)床的2倍。但實(shí)驗(yàn)中泡沫金屬的比表面積值遠(yuǎn)大于填料塔和整體旋轉(zhuǎn)式超重力旋轉(zhuǎn)床所選用填料的比表面積，雙動(dòng)盤式旋轉(zhuǎn)床強(qiáng)化傳質(zhì)能力的主要原因是其獨(dú)特的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，有效增大了氣液兩相間的滑移速度。對(duì)于整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子而言，表面積的提高對(duì)傳質(zhì)的強(qiáng)化沒(méi)有直接的線性關(guān)系，但這一觀點(diǎn)目前在雙動(dòng)盤式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中還未得到證實(shí)。

2013年，Rao等[73]繼續(xù)對(duì)裝載有雙動(dòng)盤式轉(zhuǎn)子超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行傳質(zhì)研究，利用NaOH溶液吸收SO2和水脫氧體系分別測(cè)定氣相體積傳質(zhì)系數(shù)和液相體積傳質(zhì)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行比較，可知，對(duì)于氣相傳質(zhì)阻力控制的NaOH溶液吸收SO2體系，雙動(dòng)盤式旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)性能優(yōu)于整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子超重力旋轉(zhuǎn)床，其主要原因可能是氣液兩相滑移速度的增大導(dǎo)致的；對(duì)于液相傳質(zhì)阻力控制的水脫氧體系，在 750 r·min?1以下時(shí)，雙動(dòng)盤式旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)性能較好。

雙動(dòng)盤式轉(zhuǎn)子的上下轉(zhuǎn)動(dòng)盤各由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，上下盤可以同向也可逆向旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子輸入了更多的能量，從理論上講傳質(zhì)特性能得到進(jìn)一步強(qiáng)化。但雙動(dòng)盤式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工精度要求較高，目前未獲得較好的工業(yè)應(yīng)用。

2.3 動(dòng)靜結(jié)合式轉(zhuǎn)子超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)研究

動(dòng)靜盤結(jié)合式轉(zhuǎn)子由靜盤和動(dòng)盤組成，靜盤固定于殼體，而動(dòng)盤由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。動(dòng)靜結(jié)合式轉(zhuǎn)子分為兩類，其中一類是轉(zhuǎn)子內(nèi)未裝載填料的定-轉(zhuǎn)子[圖 4 (c)]和折流式轉(zhuǎn)子[圖 4 (d)]。

定-轉(zhuǎn)子由宋云華等[74]設(shè)計(jì)發(fā)明。2007年，林海霞[75]利用氮?dú)饨馕腥苎躞w系，對(duì)定-轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)床的液相體積傳質(zhì)系數(shù)kLa進(jìn)行了測(cè)定。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中改變操作條件如氣體體積流量、液體體積流量、定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)床特征尺寸，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與kLa關(guān)聯(lián)得到

林海霞還將定-轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)床的kLa與其反應(yīng)器尺寸相差不大的整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行對(duì)比，表明定-轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)系數(shù)略低，但由于其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有裝載填料，這種設(shè)計(jì)更適高黏或不易清洗的反應(yīng)體系。

圖8 折流式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)Fig.8 Structure of rotating zigzag bed (RZB)

圖9 噴射式超重力旋轉(zhuǎn)床的結(jié)構(gòu)Fig.9 Structure of rotating jet high-gravity bed (RJB)

折流式轉(zhuǎn)子由計(jì)建炳等[76]設(shè)計(jì)發(fā)明，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是動(dòng)盤設(shè)置有同心分布的動(dòng)環(huán)形板且靜盤設(shè)置有同心分布的靜環(huán)形板，兩盤的動(dòng)靜環(huán)形板相間排列，折流式轉(zhuǎn)子有效解決了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中間進(jìn)料問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)單臺(tái)旋轉(zhuǎn)床完成連續(xù)精餾過(guò)程。2002年，鮑鐵虎等[77]以乙醇-水體系利用全回流精餾操作研究了折流式旋轉(zhuǎn)床（圖 8）的傳質(zhì)性能，實(shí)驗(yàn)考察了回流液量和轉(zhuǎn)速對(duì)于傳質(zhì)效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，折流式旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)效率可達(dá)48.3塊理論塔板，傳質(zhì)效率隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大，而幾乎不隨通量的增加而變化。噴射式超重力旋轉(zhuǎn)床（圖 9）由李育敏等[78]設(shè)計(jì)發(fā)明，噴射式轉(zhuǎn)子僅在動(dòng)盤上設(shè)置有同心分布的環(huán)形板，這種新結(jié)構(gòu)的發(fā)明為了解決折流式旋轉(zhuǎn)床處理通量小、壓降大等問(wèn)題。李育敏等[79-81]將兩種結(jié)構(gòu)為網(wǎng)孔板式和百葉窗式的噴射式轉(zhuǎn)子，采用乙醇-水體系在不同操作條件下對(duì)噴射式超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)性能進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于網(wǎng)孔板式轉(zhuǎn)子，氣體流量和轉(zhuǎn)速的增大有利于傳質(zhì)效率的提高，而以百葉窗式為轉(zhuǎn)子的噴射式超重力旋轉(zhuǎn)床其傳質(zhì)效率隨轉(zhuǎn)速增加變化不明顯，并且噴射式旋轉(zhuǎn)床與折流式旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)效率相當(dāng)，可實(shí)現(xiàn)大通量操作，目前正在利用其模擬吸收沼氣中的CO2，吸收效果良好。2013年，王廣全等[82]以乙醇-水為實(shí)驗(yàn)體系，考察了新型折流式旋轉(zhuǎn)床（圖10）傳質(zhì)性能。新型折流式旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子特點(diǎn)是利用同心分布的凹槽來(lái)替代折流式旋轉(zhuǎn)床靜盤上的環(huán)形板，僅在動(dòng)盤上設(shè)置有同心分布的環(huán)形板，且動(dòng)環(huán)形板部分區(qū)域設(shè)置有液孔和氣孔，理論上講可有效增加氣液接觸面積。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型折流式旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)效率為 30塊理論板左右，將其與傳統(tǒng)折流式旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行比較，這種新型折流式旋轉(zhuǎn)床在傳質(zhì)效率上稍遜于折流式旋轉(zhuǎn)床，還需要通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)提高。2014年，Li等[83]以乙醇-水為實(shí)驗(yàn)體系，對(duì)逆流同心環(huán)式旋轉(zhuǎn)床（圖11）進(jìn)行了傳質(zhì)性能研究。逆流同心環(huán)式旋轉(zhuǎn)床是在折流式旋轉(zhuǎn)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，一種改良方法是去掉折流式轉(zhuǎn)子中靜盤的環(huán)形板，在動(dòng)盤環(huán)形板上開有許多微孔，這些微孔相當(dāng)于液體分布器，改良后轉(zhuǎn)子稱為單環(huán)轉(zhuǎn)子；另一種改良方法是在第一種改良方法的基礎(chǔ)上在動(dòng)盤擋板兩側(cè)添加金屬薄板，并在金屬薄板上開有分布均勻的圓孔，這種轉(zhuǎn)子稱為復(fù)合環(huán)轉(zhuǎn)子。Li等還利用表面更新理論對(duì)改良后的兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)床，進(jìn)行了傳質(zhì)模型的構(gòu)建。通過(guò)精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，得到上述改良后兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)床的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa的關(guān)聯(lián)式分別為

圖10 新型折流式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)Fig.10 Structure of novel rotating zigzag bed (nRZB)

圖11 逆流同心環(huán)式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)Fig.11 Structure of counterflow concentric-ring rotating bed

相比于折流式旋轉(zhuǎn)床，同心環(huán)式旋轉(zhuǎn)床具有處理較大氣液量的能力，稱得上是折流式旋轉(zhuǎn)床的升級(jí)版。

另一類動(dòng)靜結(jié)合式轉(zhuǎn)子，是轉(zhuǎn)子中裝載有填料的交錯(cuò)式轉(zhuǎn)子[圖4 (e)]，最早由陳建峰等[84]設(shè)計(jì)發(fā)明，交錯(cuò)式轉(zhuǎn)子不僅有上述折流式轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子中裝載有填料，還具有較高的傳質(zhì)能力。

2012年，Luo等[16]利用丙酮-水體系，對(duì)裝載有兩個(gè)交錯(cuò)式轉(zhuǎn)子的兩級(jí)逆流式超重力旋轉(zhuǎn)床 (圖12)，進(jìn)行了傳質(zhì)效率的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在填料厚度為0.2 m時(shí)，NT為4.94～11.57，相比于傳統(tǒng)式超重力旋轉(zhuǎn)床，兩級(jí)逆流式旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)效率略低，但熱損耗較少同時(shí)具有占地面積小等優(yōu)勢(shì)，有著較大的工業(yè)應(yīng)用潛力。

2012年，Chen等[85]提出了一種動(dòng)靜結(jié)合結(jié)構(gòu)的超重力旋轉(zhuǎn)床（圖13），轉(zhuǎn)子動(dòng)盤裝有板式填料，靜盤裝有擋板。利用水吸收異丙醇體系研究了其傳質(zhì)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此旋轉(zhuǎn)床帶有靜盤的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa比無(wú)靜盤時(shí)要高37%～117%。

動(dòng)靜盤結(jié)合式有利于延長(zhǎng)流體在轉(zhuǎn)子內(nèi)的停留時(shí)間，增大氣液接觸面積，有利于提升傳質(zhì)效率，可用于精餾、多組分吸收等場(chǎng)合。

圖12 兩級(jí)逆流式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)Fig.12 Structure of two-stage couter-current rotating packed bed(TSCC-RPB)

圖13 帶有板式填料和擋板的超重力旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)Fig.13 Structure of RPB with blade packings and baffes

圖14 螺旋式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)Fig.14 Structure of helical rotator

2.4 其他轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)研究

1995年，陳昭瓊等[86]發(fā)明了螺旋型超重力旋轉(zhuǎn)床，其中轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為加工方便、不易堵塞的螺旋式轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)見圖14）。實(shí)驗(yàn)采用CO2-NaOH體系對(duì)有效傳質(zhì)比表面積和液相傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，有效傳質(zhì)比表面積和液相傳質(zhì)系數(shù)均隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，有效傳質(zhì)比表面積為5.6～10.8 cm?1,液相傳質(zhì)系數(shù)為 0.086～0.110 cm·s?1。1996年，陳昭瓊等[87]利用水吸收SO2實(shí)驗(yàn)體系，在不同操作條件下對(duì)螺旋型超重力旋轉(zhuǎn)床的脫硫和傳質(zhì)性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣相總傳質(zhì)系數(shù)和液相總傳質(zhì)系數(shù)均隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大，在相同條件下氣相總傳質(zhì)系數(shù)比填料塔的氣相總傳質(zhì)系數(shù)高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，并且脫硫效率最高為82%。

鄧先和等[88-93]發(fā)明了碟片式旋轉(zhuǎn)床(圖15)，其轉(zhuǎn)子由多塊同心圓環(huán)碟片沿軸線疊加而成，實(shí)驗(yàn)采用NaOH吸收CO2體系在不同操作條件下對(duì)碟片間距、液相體積傳質(zhì)系數(shù)和有效傳質(zhì)比表面積進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速較低時(shí)，碟片數(shù)量較多且碟片間距較窄時(shí)傳質(zhì)效果較差，而碟片數(shù)量較少間距較大時(shí)可獲得較高的傳質(zhì)系數(shù)，轉(zhuǎn)速較高時(shí)情況恰好相反，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得液相體積傳質(zhì)系數(shù)和有效傳質(zhì)比表面積最大值分別為2.61 s?1、1300 m?1。陳明功等[94-96]利用三維激光多普勒測(cè)速儀和高速攝像技術(shù)，在不同操作條件下對(duì)碟片式旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行了流體流動(dòng)的研究，目的在于深入分析液體形態(tài)（液滴、液膜等）對(duì)氣液傳質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液滴的Sauter平均直徑隨著轉(zhuǎn)速或碟片間距的增大而減小，隨著液體流量的增大而增大，受氣體流量影響較??；液膜分率（液膜體積/軸心噴出總液量）隨著轉(zhuǎn)速的增大、液體流量的增大、氣體流量的增大、碟片間距的增大和碟片開孔率的增大而增大。此外，碟片式旋轉(zhuǎn)床具有氣液相流動(dòng)阻力小、氣相流動(dòng)功耗小的特點(diǎn)，在CO2脫除中也有很好的應(yīng)用前景。

圖15 碟片式旋轉(zhuǎn)床的結(jié)構(gòu)Fig.15 Structure of wave form disk rotating bed

圖16 霧化式超重力旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)Fig.16 Structure of rotating bed with spraying

1997年，鄧先和等[97]發(fā)明了霧化式超重力旋轉(zhuǎn)床(圖16)，霧化式旋轉(zhuǎn)床中氣體沿軸向流動(dòng)，無(wú)須克服離心阻力，氣體阻力極低；液體沿徑向流動(dòng)，在多層填料的離心加速作用下可不斷霧化分散。1999年，陳海輝等[95]采用化學(xué)吸收法測(cè)定了多級(jí)離心霧化超重力旋轉(zhuǎn)床的液相體積傳質(zhì)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)得的液相體積傳質(zhì)系數(shù)值為 0.21～0.44 s?1，比傳統(tǒng)填料塔高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。2006年，潘超群等[99]采用NaOH吸收CO2體系對(duì)兩級(jí)絲網(wǎng)霧化超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行傳質(zhì)研究，以雙膜理論為基礎(chǔ)建立傳質(zhì)模型，并在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得液相體積傳質(zhì)系數(shù)在0.17～0.25 s?1之間，為多級(jí)霧化旋轉(zhuǎn)床的工業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。2010年，潘超群等[100]采用NaOH吸收SO2體系，對(duì)多級(jí)霧化超重力旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行氣相體積傳質(zhì)系數(shù)（kya）的研究。實(shí)驗(yàn)中考察了操作條件對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速N=1400 r·min?1、液體流量為 0.8 m3·h?1，氣體流量為 650 m3·h?1時(shí)，kya=2250 mol·(m3·s)?1，氣相體積傳質(zhì)系數(shù)相比傳統(tǒng)填料塔高一個(gè)數(shù)量級(jí)，但比相近操作條件下實(shí)驗(yàn)[34]所得值略低。2012年，鄧先和等[101]采用NaOH吸收CO2體系和有機(jī)胺吸收SO2體系，對(duì)多級(jí)離心霧化超重力旋轉(zhuǎn)床中試吸收設(shè)備進(jìn)行了傳質(zhì)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中試設(shè)備的有效傳質(zhì)比表面積為 7.06 m?1，液相體積傳質(zhì)系數(shù)為 1.03 m·s?1，與填料塔相比，霧化超重力旋轉(zhuǎn)床所用填料體積最小是其1/21，顯而易見，旋轉(zhuǎn)床所用材料少，降低了制造成本。在超高速的運(yùn)行狀態(tài)下，霧化式轉(zhuǎn)子對(duì)流體可起到良好的霧化擴(kuò)展界面作用，有效地提高氣液接觸面積，具有氣體阻力小，系統(tǒng)風(fēng)機(jī)操作能耗低等優(yōu)點(diǎn)，一般適用于大氣量的氣液傳質(zhì)過(guò)程。

Lin等[102-103]設(shè)計(jì)了一種新型超重力旋轉(zhuǎn)床，此床的填料轉(zhuǎn)子為板填料(圖 17)，板填料結(jié)構(gòu)由 12個(gè)導(dǎo)向板組成，其中每?jī)蓚€(gè)板相隔 30°，每個(gè)板上覆蓋有不銹鋼金屬絲網(wǎng)填料。Lin等利用水吸收有機(jī)揮發(fā)性化合物（乙醇、丙酮、乙酸乙酯）對(duì)此床進(jìn)行傳質(zhì)研究，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)得

圖17 板填料式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)Fig.17 Structure of blade packing rotor

式(42)量綱 1數(shù)群范圍：3＜KGadp/DGat＜83，10＜ReG＜105，17＜ReL＜4，258＜GrG＜2320，3.4×10?4＜H＜5.5×10?3。

圖18 導(dǎo)向板式超重力旋轉(zhuǎn)床Fig.18 Structure of blade-packing rotating packed bed

圖19 分段進(jìn)液式超重力旋轉(zhuǎn)床Fig.19 Structure of multi-liquid-inlet rotating packed bed

2012年，Luo等[104]設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)向板式超重力旋轉(zhuǎn)床（圖18），即轉(zhuǎn)子內(nèi)裝載有填料和導(dǎo)向板。為實(shí)現(xiàn)總體模型的構(gòu)建，基于表面更新理論并借鑒前人對(duì)旋轉(zhuǎn)平板和旋轉(zhuǎn)立板研究基礎(chǔ)上建立模型，將轉(zhuǎn)子填料分成填料區(qū)和導(dǎo)向板區(qū)，得到了導(dǎo)向板式旋轉(zhuǎn)床的液相平均總傳質(zhì)系數(shù)模型

邢子聿等[105-106]利用端效應(yīng)現(xiàn)象，以強(qiáng)化主體區(qū)傳質(zhì)并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子整體強(qiáng)化為目的，發(fā)明了分段進(jìn)液式超重力旋轉(zhuǎn)床（圖 19）。分段進(jìn)液式超重力旋轉(zhuǎn)床的特點(diǎn)是通過(guò)改變轉(zhuǎn)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，人為地在填料內(nèi)部制造多個(gè)端效應(yīng)區(qū)。實(shí)驗(yàn)利用NaOH溶液吸收混合氣體中CO2考察了多段進(jìn)液式旋轉(zhuǎn)床的有效傳質(zhì)比表面積和液相體積傳質(zhì)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的操作條件下，這種新型旋轉(zhuǎn)床的有效傳質(zhì)比表面積和液相體積傳質(zhì)系數(shù)值均略大于整體旋轉(zhuǎn)式超重力旋轉(zhuǎn)床。

2013年，姚文等[107]發(fā)現(xiàn)折流式旋轉(zhuǎn)床在實(shí)際生產(chǎn)中有通量較小的缺點(diǎn)， 提出了一種網(wǎng)板填料復(fù)合超重力旋轉(zhuǎn)床（RCB），其中轉(zhuǎn)子由上下兩塊動(dòng)盤及固定在動(dòng)盤之間的同心環(huán)網(wǎng)板組成，上下兩塊動(dòng)盤與同心環(huán)網(wǎng)板整體轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)采用乙醇-水體系進(jìn)行全回流精餾實(shí)驗(yàn)，考察4種不同網(wǎng)板填料轉(zhuǎn)子（圖20）的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kya。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)子 4（鮑爾壞周向填充）傳質(zhì)系數(shù)值最大為1100 mol·m3·s?1，傳質(zhì)效率最高，同時(shí)也說(shuō)明網(wǎng)板填料復(fù)合旋轉(zhuǎn)床有潛力取代折流式旋轉(zhuǎn)床，可應(yīng)用在大規(guī)模生產(chǎn)的場(chǎng)合。

圖20 網(wǎng)板填料復(fù)合旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子Fig.20 Photos of rotor in RCB

3 結(jié)論與展望

超重力旋轉(zhuǎn)床經(jīng)過(guò) 30多年的發(fā)展，對(duì)其傳質(zhì)強(qiáng)化的研究已取得較大的成績(jī)。從以上綜述可以看出，整體旋轉(zhuǎn)式、雙動(dòng)盤式、動(dòng)靜結(jié)合式、霧化式超重力旋轉(zhuǎn)床較適用于氣液反應(yīng)、氣體吸收等操作；交錯(cuò)式和折流式的超重力旋轉(zhuǎn)床，由于其在轉(zhuǎn)子中設(shè)置了中間進(jìn)料結(jié)構(gòu)，較適用于連續(xù)精餾操作。相比其他類型的旋轉(zhuǎn)床，整體式超重力旋轉(zhuǎn)床的研究最為深入，廣泛用于氣液、液液、氣液固、氣固等反應(yīng)過(guò)程。

科研工作者對(duì)超重力旋轉(zhuǎn)床傳質(zhì)研究主要圍繞3個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：傳質(zhì)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量、傳質(zhì)參數(shù)的關(guān)聯(lián)式擬合、傳質(zhì)參數(shù)的模型構(gòu)建。傳質(zhì)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量手段和體系趨于成熟和完善，傳質(zhì)參數(shù)的關(guān)聯(lián)式也不斷優(yōu)化。基于可視化結(jié)果，超重力場(chǎng)中的流體形態(tài)多以液滴、液膜、液線為假設(shè)，構(gòu)建超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的傳質(zhì)參數(shù)模型。但關(guān)于超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的傳質(zhì)強(qiáng)化研究還有許多值得關(guān)注的內(nèi)容，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）針對(duì)傳質(zhì)參數(shù)kG的實(shí)驗(yàn)測(cè)量、關(guān)聯(lián)式、傳質(zhì)模型構(gòu)建的研究相對(duì)偏少，需進(jìn)一步加強(qiáng)。

（2）在累積更多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)床的傳質(zhì)參數(shù)關(guān)聯(lián)式還可進(jìn)一步優(yōu)化。

（3）獲取更加真實(shí)的旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子內(nèi)的流體形態(tài)是構(gòu)建精確傳質(zhì)參數(shù)模型的前提。隨著可視化技術(shù)的不斷發(fā)展，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子內(nèi)的流體形態(tài)可視化還有待進(jìn)一步的研究。

（4）針對(duì)旋轉(zhuǎn)床的端效應(yīng)現(xiàn)象研究不夠深入。探究端效應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和機(jī)理，對(duì)開發(fā)以強(qiáng)化整體轉(zhuǎn)子傳質(zhì)為目標(biāo)的第二代旋轉(zhuǎn)床技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

由于旋轉(zhuǎn)床內(nèi)流體流動(dòng)情況的復(fù)雜性，在未來(lái)研究工作中，實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合的方法有望成為基礎(chǔ)研究的有效手段；此外，在更加合理簡(jiǎn)化旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究的重點(diǎn)可轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)床的內(nèi)構(gòu)件創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如轉(zhuǎn)子內(nèi)結(jié)構(gòu)、高效填料、液體分布器等，以實(shí)現(xiàn)超重力旋轉(zhuǎn)床的高效傳質(zhì)強(qiáng)化，為其工業(yè)放大和廣泛工業(yè)應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

符 號(hào) 說(shuō) 明

ac——離心加速度，m·s?2

ae——有效傳質(zhì)比表面積，m?1

(ae)p——填料區(qū)有效傳質(zhì)比表面積，m?1

ap——填料的比表面積，m?1

aP′——2 mm玻璃珠的比表面積，m?1

at——填料的比表面積，m?1

C——液相總濃度，mol·m?3

dp—— 填 料 的 當(dāng) 量 直 徑[dp= 6 (1 ?ε)/ap=6(1?ε)/at]，m

D——擴(kuò)散系數(shù)，m·s?2

DG——?dú)庀嗳苜|(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，m2·h?1

Di——反應(yīng)器特征尺寸，m

Gr——Grashof數(shù)

——液相第i層填料表面的Grashof數(shù)

g——重力加速度，m2·s?1

H——填料軸向高度，m

He——亨利常數(shù)，Pa·m3·mol?1

Hy——量綱1亨利常數(shù)

li——單位絲網(wǎng)長(zhǎng)度上液體流量，m3·s?1

KGa——?dú)庀嗫傮w積傳質(zhì)系數(shù)，s?1

KLa——液相體積傳質(zhì)系數(shù)，mol·s?1·m?3

kGa——?dú)庀囿w積傳質(zhì)系數(shù)，s?1

kL——液相傳質(zhì)系數(shù)，m·s?1

kf——第i層填料飛出的液滴表面?zhèn)髻|(zhì)分系數(shù)，

Lim·s?1

ks——第i層填料表面液相傳質(zhì)分系數(shù)，m·s?1

Li

kLa——液相平均體積傳質(zhì)系數(shù)，h?1

(kLa)e——端效應(yīng)區(qū)的液相體積傳質(zhì)系數(shù)，h?1

(kLae)B——導(dǎo)向板區(qū)液相體積傳質(zhì)系數(shù)，s?1

(kLa)b——主體區(qū)的液相體積傳質(zhì)系數(shù)，h?1

(kLa)c——空腔區(qū)的液相體積傳質(zhì)系數(shù)，h?1

(kLae)P——填料區(qū)液相體積傳質(zhì)系數(shù)，s?1

(kLae)T——液相體積總傳質(zhì)系數(shù)，s?1

k1——擬一級(jí)速率常數(shù)，s?1

N——轉(zhuǎn)速，r·min?1

Qw——填料單位寬度的液體流量，m2·s?1

Re——Reynolds數(shù)

Res——液相第i層填料表面Reynolds數(shù)

Li

r——填料半徑，m

rc——旋轉(zhuǎn)床外殼內(nèi)半徑，m

re——端效應(yīng)區(qū)徑向長(zhǎng)度，m

ri——填料內(nèi)半徑，m

ro——填料外半徑，m

S——表面更新率，s?1

Sc——Schmidt數(shù)

Sh——Sherwood 數(shù)

ug——?dú)庀嗫沾矚馑?，m·s?1

Vi——填料內(nèi)徑以內(nèi)的體積，m3

Vo——填料外徑與外殼內(nèi)徑間的體積，m3

Vt——旋轉(zhuǎn)床總體積，m3

We——Weber數(shù)

ΔX——表面更新參數(shù)，m

σ——表面張力，kg·s?2

σc——填料臨界表面張力，kg·s?2

σw——水表面張力，kg·s?2

ρ——密度，kg·m?3

υ——運(yùn)動(dòng)黏度，m2·s?1

μ——?jiǎng)恿︷ざ?，Pa·s

φ——液體未被絲網(wǎng)捕獲的理論概率

ε——孔隙率

ω——轉(zhuǎn)速，rad·s?1

θi——液體由第i層填料飛至i+1層填料的飛行時(shí)間，s

下角標(biāo)

e ——平衡值，有效值

G ——?dú)庀?/p>

L ——液相

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