煤化工污水成分復雜,可生化性差,易對環(huán)境造成嚴重污染,為了保證煤化工廢水近零排放,需要在預處理和生化處理之后,增設深度處理工藝單元。臭氧氧化法是高級氧化技術中的一種,具有氧化能力強、不產(chǎn)生二次污染、礦化度高等優(yōu)勢,是一種有效的深度處理技術。文本圍繞提高臭氧利用率,從反應器內(nèi)構(gòu)件優(yōu)化的角度對臭氧深度處理煤化工廢水工藝進行了研究和設計。通過計算流體力學(CFD)數(shù)值模擬方法深入了解反應器內(nèi)流動和傳質(zhì)特性,以期為該工藝的放大、優(yōu)化和工程設計提供理論指導。本論文主要針對電化學-臭氧聯(lián)合氧化反應器和臭氧鼓泡塔反應器的流動傳質(zhì)特性進行探究,主要研究內(nèi)容和研究成果如下:(1)電化學-臭氧聯(lián)合氧化反應器的模擬研究。為強化臭氧的利用率,設計8種內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)�？疾炝烁鲀�(nèi)構(gòu)件對反應器流動、傳質(zhì)和反應的影響,發(fā)現(xiàn)加入內(nèi)構(gòu)件后對反應器內(nèi)流動、傳質(zhì)和反應均有一定的促進作用,其中Square結(jié)構(gòu)的內(nèi)構(gòu)件的效果最為明顯,能夠使液相在陰極附近速度分布均勻,改善沒加入內(nèi)構(gòu)件時速度梯度較大的情況;對反應器傳質(zhì)速率的提高有明顯的促進作用,在設置的5種流速條件下傳質(zhì)系數(shù)可提高27%-53%;反應器內(nèi)臭氧的轉(zhuǎn)化率可提高12%-20%,為最優(yōu)內(nèi)構(gòu)件設計方案。(2)臭氧鼓泡塔反應器的CFD模擬方法。為得到合理模擬結(jié)果,考察了氣液兩相流模擬中對模擬結(jié)果影響較大的氣泡尺寸模型、曳力模型和湍流模型對鼓泡塔內(nèi)氣含率與液相速度的預測能力。分析發(fā)現(xiàn),單一氣泡尺寸模型無法對較高表觀氣速時反應器內(nèi)氣泡粒徑范圍廣的情況進行正確描述,導致模擬的氣含率結(jié)果偏低。曳力模型中Schiller-Naumann模型的預測值與模擬值相差較大,而Grace曳力模型對氣含率的預測值與實驗值最為吻合。湍流模型中RNG k-ε湍流模型與Grace曳力模型搭配模擬得到的氣含率結(jié)果偏低,Standard k-εmixture湍流模型與Grace曳力模型組合能夠?qū)λ䞍?nèi)氣含率及液相速度實現(xiàn)較高預測能力。(3)臭氧鼓泡塔反應器內(nèi)構(gòu)件優(yōu)化。模擬中發(fā)現(xiàn)在鼓泡塔反應器中隨著軸向高度的增加平均氣泡粒徑會增大,導致氣液相間面積減小,不利于傳質(zhì)和反應。內(nèi)構(gòu)件的加入可以使氣泡在上升過程中被破碎,之后進行重新分布,這里內(nèi)構(gòu)件起到了類似分布器的作用,對體積傳質(zhì)系數(shù)的增長有明顯的促進作用,并且可以有效改善鼓泡塔反應器中心區(qū)域流速大、氣含率高的現(xiàn)象。為反應器的設計和優(yōu)化提供了依據(jù)。
【學位單位】：牡丹江師范學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X784

【參考文獻】

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本文編號：2813847