微纳颗粒对亚硫酸盐氧化过程中氧气吸收影响的机理研究

Sulfite oxidation reaction is the key process for controlling the quality of the by-product gypsum. The utilization of by-product gypsum is not very well for the bad quality, so the research on the sulfite oxidation with Micro/ Nano particle is needed. The reaction kinetics character with Fe、Mn catalyst was study by the wetted wall column system, and the reaction kinetic model was built by the experiment results. The mass transfer character was study by the stirr tank system.The particle size and solid loading is researched by the experiment. Base on the absorption and disorption, the new model is bulid and was study by Laplace thansform. The reaction process was captured by a CCD system, and the reaction rate was measured by the photographic analysis. A mathematic model was built for the interaction between the kinteic and mass transfer, and the experiment study focus on the influence of the fluid character. The theory is provided for the enhancement of the sulfur dioxide absorption, improvement of the byproduct gypsum quality, and this search is useful to other gas-liquid reaction.

亚硫酸盐氧化反应是控制脱硫石膏品质的一个非常重要的过程，针对目前电厂产生大量低品质脱硫石膏无法利用的现状，需要研究微纳颗粒存在条件下亚硫酸盐催化氧化反应动力学机理。项目首先采用湿壁塔和搅拌釜反应装置对该反应的动力学特性进行研究，掌握铁、锰等离子存在条件下该反应的化学反应动力学机理。为了进一步研究颗粒对于该反应的影响，采用搅拌釜反应器研究不同粒径和含固率条件下氧气吸收的反应速率变化规律。考虑颗粒由于吸附和解吸附作用的影响和颗粒对气液扩散的影响建立单气泡反应的数学模型，采用Laplace变换的方法求解数学模型。通过单气泡反应装置，研究存在微纳颗粒不同流场对于传质的影响规律，采用PDA、PIV流场测量技术对该反应的气液两相反应模型进行验证。本研究成果对于强化气液反应，提高脱硫石膏品质具有重要的实际意义，对类似的气液反应的研究也具有一定借鉴意义。

气液传质的强化是节能减排领域研究的重要内容。工程中常采用向液体中添加分散颗粒来强化气液传质，该方法由于效果显著而被广泛应用于化学工程、石油化工等领域。近些年来，随着纳米技术的发展，纳米颗粒逐渐作为分散相来增强气液传质。目前，纳米颗粒增强气液传质的研究已经取得了一些成果，但是关于气液传质的微观机理和模型的研究还不够深入。因此，有必要对纳米颗粒增强气液传质进行较为深入的实验研究和模型研究。.本研究利用纳米粒度和Zeta电位仪研究了纳米流体中纳米颗粒的实际粒径，研究发现，纳米颗粒的实际粒径均大于固体粒径，纳米颗粒发生了各种各样的团聚，而且纳米颗粒粒径越小，纳米颗粒在纳米流体中团聚的趋势越强，越容易团聚。基于无量纲方法，建立了纳米流体粘度模型，具体分析了纳米流体粘度与基液粘度、颗粒固含量、颗粒粒径以及温度的变化规律，并利用粘度模型对实验进行模拟。模型的计算值与实验结果吻合较好，验证了模型的准确性。.研究发现，CO2吸收增强因子随着颗粒固含量的增大先增大后减小，这也证明了最佳固含量的存在。当固含量较小时，增强因子随着粒径的减小而增大；当固含量较大时，增强因子随着粒径的增大而增大。基于输运机理、微对流机理建立了三维非稳态多粒子双机理模型，并将模型的计算结果与实验值进行对比，发现两者吻合较好，证明了模型的可靠性，并为纳米颗粒增强气液传质的理论研究提供基础。