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超重力机在水体增、脱氧中的应用

作　者: 刘松
导　师: 王海辉
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 超重力增氧机溶解氧传质
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

超重力机,又称旋转填料床,是通过旋转产生离心力强化传递、分离和反应过程的新型化工设备。它通过离心力模拟超重力环境,极大增加气液相间传质速率,在化工分离、能源、环保等领域得到广泛应用。本课题利用超重力机强化传质效率高、设备体积小等特点,提出将超重力技术应用于水体增、脱氧过程,采用自主设计的HIGEE-100超重力旋转填料装置进行了系列实验研究,为超重力增氧机、超重力机脱氧工艺的设计和操作提供了参考。溶解在水中的氧称为溶解氧,水中溶解氧浓度是水质重要指标之一。水产养殖业逐渐向高密度、高产量的集约化、工厂化方向发展,水体中溶解氧浓度成为行业发展的制约因素之一。本文提出新型水产养殖增氧机—“超重力增氧机”这一概念,利用超重力机进行水体增氧实验,强化氧气与水的传质效果,以达到水体快速、高效增氧目的。分别研究了以氧气、空气为原料时,转子转速、水流量、气体流量、温度、压强对水中溶解氧浓度与液相总体积传质系数的影响。研究结果表明:用纯氧法进行水体增氧时,溶解氧浓度及液相总体积传质系数随转子转速、气体流量、温度增加而增大;溶解氧浓度随水流量增加先增大后减小,液相总体积传质系数随水流量增加而增大;溶解氧浓度随压强增加而增大,液相总体积传质系数随压强增加而减小。用空气法进行水体增氧时,溶解氧浓度及液相总体积传质系数随转子转速、温度增加而增大;水流量对溶解氧浓度影响不大,液相总体积传质系数随水流量增加而增大;气体流量对溶解氧浓度及液相总体积传质系数影响较小;溶解氧浓度随压强增加而增大,液相总体积传质系数随压强增加而减小。在工业生产中水中的溶解氧却是引起运输管路和系统装置腐蚀的主要原因之一,溶解氧也为水中细菌的繁殖创造了条件,使水质恶化;食品工业中,饮料用水对溶解氧浓度同样有着严格要求。本文以氮气为吹脱气体,在超重力机内进行水体脱氧实验,研究了转子转速、水流量、气体流量对水中溶解氧浓度与液相总体积传质系数的影响。研究结果表明:溶解氧浓度随转速增加而降低,转速过大时会降低脱除效果,液相总体积传质系数随转速的增加先增大后减小;溶解氧浓度随水流量增加,先降低后上升,液相体积传质系数随水流量增加而增大;溶解氧浓度随氮气流量增加而下降,液相总体积传质系数随氮气流量增加逐渐增大。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-30
  1.1 超重力技术简介  10-15
    1.1.1 超重力技术的基本概念  10-11
    1.1.2 超重力技术研究进展  11-15
  1.2 超重力机内的流体力学特性  15-19
    1.2.1 超重力机内液体流动形态的研究  15-16
    1.2.2 超重力机内流体力学特性  16-19
  1.3 超重力机内的气液传递过程研究  19-21
  1.4 水产养殖增氧技术简介  21-26
    1.4.1 水产养殖中缺氧的危害  21-22
    1.4.2 常用增氧技术简介  22-26
  1.5 水脱氧技术简介  26-29
    1.5.1 水脱氧问题的产生  26-27
    1.5.2 脱氧技术简介  27-29
  1.6 本论文的研究目的和内容  29-30
    1.6.1 本论文的研究目的  29
    1.6.2 本论文的研究内容  29-30
第二章实验部分和液相传质模型  30-45
  2.1 实验原理  30-31
  2.2 实验部分  31-38
    2.2.1 实验设备与仪器  31-38
    2.2.2 实验药品  38
  2.3 实验流程及步骤  38-39
  2.4 液相传质模型的建立  39-45
    2.4.1 经典传质理论  39-42
    2.4.2 水-氧气体系液相传质模型  42-45
第三章水体增氧的实验研究  45-61
  3.1 纯氧法水体增氧的实验结果与讨论  45-52
    3.1.1 转速对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  45-46
    3.1.2 水流量对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  46-48
    3.1.3 氧气流量对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  48-49
    3.1.4 温度对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  49-50
    3.1.5 压强对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  50-52
    3.1.6 溶解氧在富氧水中的衰减  52
  3.2 空气法水体增氧的实验结果与讨论  52-59
    3.2.1 转速对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  52-54
    3.2.2 水流量对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  54-55
    3.2.3 空气流量对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  55-56
    3.2.4 温度对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  56-58
    3.2.5 压强对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  58-59
  3.3 超重力增氧机实施流程  59-60
  3.4 本章小结  60-61
第四章水体脱氧的实验研究  61-66
  4.1 转速对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  61-62
  4.2 水流量对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  62-64
  4.3 氮气流量对溶解氧浓度和液相传质系数的影响  64-65
  4.4 本章小结  65-66
第五章结论与建议  66-68
  5.1 结论  66
  5.2 建议  66-68
参考文献  68-72
攻读硕士学位期间取得的研究成果  72-73
致谢  73-74
答辩委员会对论文的评定意见  74

超重力机在水体增、脱氧中的应用

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