一种喷雾强化制备二氧化碳水合物的实验系统.pdfVIP

第28卷第6期 化学反应工程与工艺 、，0l28．NO6 2012年 l2月 ChemicalReactionEngineeringandTechnology Dec．20l2 文章编号：1001--7631(2012)06__-_o55l—06 一 种喷雾强化制备二氧化碳水合物的实验系统 张 健，刘道平，时竞竞，苏 星，杨晓舒，康 盈 (上海理工大学制冷技术研究所，上海 200093) 摘要：为了更直观地研究喷雾强化制备二氧化碳水合物的方法，设计了一套喷雾强化制备二氧化碳水合物的实验 装置，并考察了生成过程中系统的温度和压力的影响，以及二氧化碳气体的消耗量，初步研究了二氧化碳水合物 的生成驱动力问题 。结果表明：在水合反应系统压力越高、温度越低 的情况下，二氧化碳水合物的生成驱动力数 值的绝对值越大；温度为 27515K时，随着压力的增加，二氧化碳水合物的生成驱动力不是呈现简单的线性增加． 而是从快到慢渐趋于平缓的变化 。该系统能很好地应用于气体水合物制备过程中特性和工艺的研究。 关键词：二氧化碳水合物 喷雾 生成驱动力 水合反应速率 中图分类号：TE8 文献标识码：A 气体水合物是气体与水在高压、低温条件下形成的一种特殊的非化学计量结构的固体笼型晶状络合物l【】。 主体分子即水分子间以氢键相互结合形成笼形空隙，将客体分子包络在其中，主、客体分子间通过范德华 力相互作用，水合物的结构类型主要取决于气体分子所填充晶穴的大小2【】。到目前为止，发现的气体水合 物结构类型共有 3种，I型、II型和 H型 3【】。水合物技术具有广泛的应用领域，可用于天然气净化与高密 度储运、气体混合物的分离、海水的淡化和二氧化碳温室效应气体的处理等方面，另外还可以作为蓄冷介 质应用于空调领域l钔。水合物制备方式有4种：气．液界面接触法、搅拌法、孔板鼓泡法和喷雾法 【。其中， 喷雾法是一种高效强化制取水合物的方法[6．引，该方法的研究主要是关于静止水滴或运动水滴表面的水合物 形成机理9【 。以往喷雾法制取水合物的实验方法大都没有实时数据采集系统，只能通过布点采集，取点 无法实现连续性。另外以往的实验方法很少具有可视化装置，无法观测反应釜内部的水合反应过程，以至 图像无法实时采集。本工作采用喷雾强化装置制备水合物，除了可以获得更大的单位体积 内气．水接触面 积，优化气液接触条件，提高水合反应速率外，还采用了安捷伦数据采集系统对整个水合反应过程的数据 进行实时采集，实现了反应过程数据采集的连续性，便于生成图表来观察反应随时问的变化规律。同时还 配有高压可视化观察窗观察实验现象。 1实验装置及方法 根据理论计算与研究分析，设计并搭建了研究喷雾强化方式制备二氧化碳水合物的高压可视化实验装 置，如图l所示。实验装置主要由供气系统、温度控制系统、水合反应系统、雾化系统、真空系统和数据 采集系统等组成。 收稿日期l2012．10．17：修订 日期I20l2．12．13 作者简介：张 健 (1987一)，男，硕士研究生：刘道平 (1963一)，男，教授，通讯联系人。E-mail：dpliu@ussteducn 基金项目：上海市重点学科建设项 目资助($30503) 552 化学反应工程与工艺 一￡ K r1 图 I喷雾强化制备二氧化碳水合物可视化实验装置 Fig．1Schematicdiagram ofthevisualexperimentalapparatllsforthecarbondioxidehydrateformationenhancedbywaterspray 1-carbondioxidecartridge；2-pressurereliefvalve；3,8，10，11，15，16，17，19-blockvalve；4-flow meter；5-integratinginstrument；6-checkvalve；