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微泡吸收技術(shù)處理丙酮廢氣

文檔作者：張小波李琰君沈紹傳負(fù)軍賢姚克儉文檔來(lái)源：浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月11日
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2015年第34卷第7期
化 工 進(jìn) 展
CHEM ICAL INDUSTRY AND ENGIN EERING PROGRESS ·2075·
微泡吸收技術(shù)處理丙酮廢氣
張小波，李琰君，沈紹傳，負(fù)軍賢，姚克儉
(浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，綠色化學(xué)合成技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江杭州310032)
摘要：微泡吸收技術(shù)是將有機(jī)廢氣在吸收劑中分散為尺寸微米量級(jí)的微氣泡，利用微氣泡氣液接觸面積大、傳
質(zhì)迅速等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣吸收處理的方法。本文以水為吸收劑，采用孔徑3~4gm 的多孔微孔板形成廢氣微
氣泡，利用微泡吸收技術(shù)從空氣．丙酮廢氣中吸收丙酮。利用高速攝影方法對(duì)不同條件下微氣泡的直徑分布進(jìn)行
了實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)丙酮的吸收效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定。結(jié)果表明，隨著表觀氣速的增加微氣泡的平均直徑降低而
數(shù)量增加；隨著水中丙酮濃度的提高，微氣泡平均直徑逐漸降低，數(shù)量增加。當(dāng)丙酮體積分?jǐn)?shù)在1％～3％范
圍、表觀氣速為10．2m／s時(shí)，采用孔徑3~41am的多孔微孔板能產(chǎn)生直徑為300~700gm微氣泡。表觀氣速和廢
氣中丙酮的質(zhì)量濃度的變化影響丙酮的吸收率；一定表觀氣速下，吸收率隨廢氣中丙酮質(zhì)量濃度的增大而增
大，空氣．丙酮混合氣體中丙酮質(zhì)量濃度為1．56x10 kg／m 和表觀氣速為10．2m／s時(shí)，吸收率達(dá)77．16％
關(guān)鍵詞：微氣泡；吸收；直徑分布；有機(jī)廢氣； 多孔介質(zhì)
中圖分類號(hào)：TQ 028．1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000—6613(2015)07—2075—05
DoI：10．16085~．issn．1000—6613．2015．07．045
Experimental investigation on the microbubble absorption of acetone in
waste gases
ZHANGXiaobo，LI Yanjun，SHENShaochuan，YUNJunxian，YAOKejian
(State Key Laboratory Breeding Base ofGreen Chemistry Synthesis Technology，College ofChemical Engineering，
Zhejiang University ofTechnology，Hangzhou 3 10032，Zhejiang，China)
Abstract：The microbubble absorption method is effective to remove organic compounds from waste
gas．Generally,the microbubbles are generated by dispersing the waste stream into an absorber liquid．
The microbubble absorption has the advantages of large contact area and high mass transfer rate．Water
was used as the liquid media to absorb acetone from the waste gas of acetone—air mixture．
M icrobubbles were generated by a microporous plate with pore sizes of 3 to 4 microns and the bubble
diameters were measured by the high—speed imaging method．The efects of operation parameters on
the absorption efi ciency were investigated experimentally．The results showed that the average
diameter of the microbubbles decreased while the bubble numbers increased with the increasing of the
superficial gas velocity and the concentration of acetone in water~By keeping the acetone concentration
in water in the range of 1％ to 3％ and the superficial gas velocity of 1 0．2m／s，microbubbles with
diameters of 300~m to 700~m were generated successfully through the microporous plate．The
absorption eficiency changed with the variations of superficial gas velocity and the acetone mass
concentration in the air-acetone waste gas．At the superficial gas velocity of 1 0．2m／s，the absorption
efi ciency increased with the increase of the acetone mass concentration in the waste gas and the
收稿日期：2014．12—09；修改稿日期：2015．01．23。
基金項(xiàng)目：浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012C21019)。
第一作者：張小波(1989一)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閭?
質(zhì)與分離。E—mail 172979183@qq．corn。聯(lián)系人：負(fù)軍賢，教授，博士
生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樯锓蛛x、微化工及藥物載體內(nèi)的傳遞現(xiàn)象。
E-mail yunjx@zjut．edu．cn。
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·2076· 化 工 進(jìn) 展 2015年第34卷
maximal absorption efi ciency was 77．1 6％ at the acetone mass concentration in the waste gas of
1．56~10一。kg／m
．
Key words： microbubble； absorption； size distribution；organic waste gas；porous media
工業(yè)有機(jī)廢氣是造成大氣污染的重要原因之
一
， 其處理不易。傳統(tǒng)化學(xué)處理方法如燃燒、化學(xué)
催化等易產(chǎn)生二次污染；物理方法如吸附、冷凝、
液體吸收等由于可回用，在工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛。
微泡吸收廢氣是將有機(jī)廢氣通入微泡發(fā)生裝
置，在吸收液中形成廢氣微氣泡， 由于微氣泡具有
氣液接觸面積大、氣體傳質(zhì)速率快、液體中停留時(shí)
間較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，微氣泡中的可溶組分迅速向吸收劑
傳遞并被吸收，在有機(jī)廢氣處理中有一定的應(yīng)用價(jià)
值。Muroyama等 J以水吸收直徑50gm低氣速氧
氣微氣泡，結(jié)果表明低速微氧氣泡在吸收過(guò)程中傳
質(zhì)阻力小，吸收率高；而直徑較大的普通氣泡吸收
過(guò)程中存在氣液相平衡關(guān)系，液膜阻力大，吸收率
受到一定限制，吸收效率偏低。范軼等 J以微孔板
分布器產(chǎn)生微氣泡，處理含有苯酚、丙酮、氫過(guò)氧
化物的廢水，實(shí)驗(yàn)測(cè)得氣含率是一般傳統(tǒng)工藝的2
倍，能夠在更短時(shí)間內(nèi)處理廢水中80％降解的物
質(zhì)。Liu等【4】對(duì)比傳統(tǒng)氣泡與微氣泡處理染料廢水
的效果發(fā)現(xiàn)，幾十微米的微氣泡在溶液中具有很
長(zhǎng)的停留時(shí)間，數(shù)密度大，傳質(zhì)系數(shù)是傳統(tǒng)氣泡
的1．5倍，對(duì)廢水中顏料和油污的處理效果分別是
傳統(tǒng)氣泡的2．1倍和1．4倍。徐振華等【5】利用金屬
微孔管制造微氣泡，在壓力為0．1MPa就能生成
20~701xm 的微氣泡，而傳統(tǒng)氣泡法需要0．3MPa
的壓力，懸浮物的去除率可達(dá)到87．75％。Chu等
利用臭氧微氣泡處理印染廢水，產(chǎn)生的微氣泡直
徑低于58gm，在氣流量在低于0．5L／rain時(shí)，傳質(zhì)
效率是傳統(tǒng)氣泡工藝的1．8倍，有機(jī)物去除率為
1．3倍。
1 買(mǎi)驗(yàn)
1．1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。Ultrospec 3300 pro紫外／
可見(jiàn)光分光光度，GE Healthcare；TS 1 000ME高速
動(dòng)態(tài)記錄儀，F(xiàn)astec Imaging；LZB一15轉(zhuǎn)子流量
計(jì)，常州熱工儀表廠；DF一101S恒溫加熱磁力攪拌
器，鞏義市英峪予華儀器廠；SHB．IIIA 循環(huán)水式
多用真空泵，河南省太康科教器材廠； 自制微氣泡
吸收裝置，內(nèi)徑50 mm、高580 inl"n的圓柱，圓柱
底端內(nèi)置多孔微孔板，孔徑大小3~4gm。
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圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖
l一真空泵；2一水??；3一轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4一微量進(jìn)樣器；5一微泡吸收
裝置；6一高速動(dòng)態(tài)記錄儀器；7～ 多孔微孔板；8～ 多孔微孔板放大圖
1．2 實(shí)驗(yàn)方法
將水浴溫度維持在60℃ ，打開(kāi)真空泵抽氣，
維持壓力不變，整個(gè)系統(tǒng)處于負(fù)壓下，將空氣倒吸
進(jìn)裝有300g水的吸收裝置中，氣體通過(guò)多孔微孔
板后在水中產(chǎn)生大量的氣泡。在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)
之后，微量注射器將丙酮緩慢注射出針尖， 由于丙
酮易揮發(fā)，在60。C下瞬間揮發(fā)成氣態(tài)，與空氣組
成混合氣體， 經(jīng)過(guò)多孔微孔板在水中形成空氣一丙
酮的混合氣體微氣泡，微氣泡在上升過(guò)程中丙酮被
水吸收。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)， 使氣流量為0．6～
1．4L／min，控制注射器推動(dòng)的速度，使混合氣體中
丙酮質(zhì)量濃度 在(7．8O～1．56)x 10一kg／m3。實(shí)驗(yàn)過(guò)
程中，由于改變空氣的氣流量會(huì)造成真空表壓力的
變化，但變化并不大，故本實(shí)驗(yàn)中的真空度是平均
值。水溫為25℃ ，真空度為0．01MPa。
水中產(chǎn)生的微氣泡通過(guò)高速動(dòng)態(tài)記錄儀拍攝，
微氣泡的直徑分布是在同一個(gè)液面高度下隨機(jī)統(tǒng)計(jì)
100個(gè)微氣泡得到；水中丙酮的濃度Ca采用紫J'bl
可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)量丙酮在水中的吸光度得到；
表觀氣速 是通過(guò)計(jì)算氣流量與吸收裝置內(nèi)徑截
面積的比值得到。
2 結(jié)果與討論
2．1 丙酮濃度對(duì)于微氣泡的影響
測(cè)量了純水及丙酮水溶液中微氣泡直徑大小及
分布。圖2(a)是純水中表觀氣速為10．2m／s時(shí)微氣
泡的圖像，其平均直徑在lO00gm 以上，直徑較
大。圖2(1))～(d1分別為水中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(下文簡(jiǎn)
稱濃度)為1％ 、2％、3％ 時(shí)， 相同表觀氣速
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第7期 張小波等：微泡吸收技術(shù)處理丙酮廢氣 ·2079·
pa／mg·m一
圖7 丙酮質(zhì)量濃度對(duì)丙酮吸收率的影響
3 結(jié) 論
增大而增大，空氣一丙酮混合氣體中丙酮質(zhì)量濃度
為1．56x 10一 kg／m 和表觀氣速為10．2m／s時(shí)，吸收
率最高達(dá)77．16％。
符號(hào)說(shuō)明
水中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％
以廣Sauter平均直徑，1TI
微氣泡直徑，m
丙酮吸收率，％
Ⅳ_一微氣泡直徑分布，％
一表觀氣速，m／s
— — 空氣．丙酮混合氣體中丙酮質(zhì)量濃度，kg／m
用微氣泡技術(shù)， 以水為吸收溶劑，吸收處理空 丐 義
氣一丙酮混合氣體中的丙酮，探索了丙酮濃度、表 [1]Muroyama K，Oka Y，F(xiàn)ujiki R，et a1·Transport properties of
觀氣速對(duì)微氣泡直徑的影響，同時(shí)考察了表觀氣速
．三 ：。 _
及廢氣中丙酮質(zhì)量濃度對(duì)吸收率的影響，得到以下 [2]MuroyamaK，okaY，F(xiàn)ujikiR，et a1． Degradation characteristicsof
結(jié)論。phenolic compounds using micro-bubbles of ozonated oxygen[J]．
， 。。 三 吸 !耋 一霧 混寶 J范ou軼Fn，a王lof麒C，he陳m置ica 微En孔gi塔ne式eri曝ng氣of用Ja于pa石n,化2廢01水2,處4v-． 5理(的9)研：究67Ⅲ8-6．8環(huán)4．
體中的丙酮具有可行性， 且具有操作簡(jiǎn)單、能耗 0 18’ ?9
- 12
?
．
? ～ ? 一一? ? ? 。
低、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，也能為處理其他有機(jī)廢氣 [4]Liu S，w，衄g Q H，M H Z，。t a1．Efect。f microbubbl。 on
提供一種新途徑。但由于微氣泡直徑?jīng)]有足夠小， coagulationflotationprocess ofdyeingwastewater[J]．Separationand
傳質(zhì)過(guò)程中仍存在阻力且受氣液相平衡的影響，吸 尸“ 。 幽 『o ， 。 。' ‘ ： 一 ‘
收率未能達(dá)到理想期望，還有待提高。 篙 氣泡的研究及氣浮
(2)隨著丙酮水溶液濃度提高，微氣泡的平均 [6】ChuLB，XingXH，YuAF，et a1． EnhaIlced oz0nationofsimu1ated
直徑逐漸降低，數(shù)量增多；水中丙酮濃度相同的情dyestufwastewaterbymicrobubbles[J]．Chemosphere，2007，68：
況下，微氣泡平均直徑隨表觀氣速的增大而降低， 1854_l86o-
數(shù)量增多。當(dāng)丙酮濃度在1％～3％范圍，表觀氣速 ’ ’
為i0．2m／s時(shí)，用多孔微孔板能產(chǎn)生直徑為300～ sparger characteristics on the initial bubble size distribution[J]．
700gITI的微氣泡。 尼“ 。 ， 。。 ， ‘ )： · ·
(3)丙酮吸收率隨表觀氣速增大而先增后減， 。T
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最優(yōu)表觀氣速下，吸收率隨廢氣中丙酮質(zhì)量濃度的 andA咖 細(xì) ： ，2008，1(143)：58．63．
(上接第2054頁(yè))
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