Abstract Rigorous prediction of species concentration distribution has been challenging in the simulation of bubble column reactors. In the present manuscript, a theoretical model of turbulent mass transfer is introduced to the numerical simulation of the process of chemisorption of CO2 into NaOH aqueous solution in a bubble column reactor. In this model the turbulent mass diffusivity was expressed as a function of the concentration variance c 2 ‾ and its dissipation rate e c , which were modeled to close the turbulent mass transfer differential equation system. As a result, along with the fluid velocity distribution, the species concentration distribution in the bubble column can be rigorously predicted simultaneously. By using the present model, the experience relying assumption of a constant turbulent Schmidt, which has been usually adopted in a traditional species concentration simulation, can be avoided. An RNG k-e method combined with a population balance model for predicting the bubble size distribution was used to predict the gas–liquid velocity in the turbulent flow. The simulated pH values and carbonate concentration were shown to be in satisfactory agreement with the experimental data in literature. The simulations showed that the turbulent mass diffusivity varied along axial and radial directions in the bubble column and the calculated turbulent Schmidt number was not a constant. The proposed approach can be especially useful when empirical turbulent mass diffusivity is not available for simulating a similar process in a bubble column reactor.

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使用用于泡罩塔反应器模拟的严格湍流质量扩散率模型预测物质浓度分布第 I 部分：CO 2 化学吸附过程到 NaOH 溶液中的应用

摘要 在鼓泡塔反应器的模拟中，严格预测物种浓度分布一直是一个挑战。在本手稿中，将湍流传质的理论模型引入到鼓泡塔反应器中 CO2 化学吸附到 NaOH 水溶液中的过程的数值模拟中。在该模型中，湍流质量扩散率被表示为浓度方差 c 2 ‾ 及其耗散率 ec 的函数，它们被建模为关闭湍流传质微分方程系统。结果，连同流体速度分布，气泡柱中的物质浓度分布可以同时被严格预测。通过使用本模型，经验依赖于恒定湍流施密特的假设，在传统的物种浓度模拟中通常采用的方法可以避免。使用 RNG ke 方法结合用于预测气泡尺寸分布的种群平衡模型来预测湍流中的气液速度。模拟的 pH 值和碳酸盐浓度与文献中的实验数据显示出令人满意的一致性。模拟表明，湍流质量扩散率在气泡柱中沿轴向和径向方向变化，计算出的湍流施密特数不是一个常数。当经验湍流质量扩散率无法用于模拟鼓泡塔反应器中的类似过程时，所提出的方法尤其有用。使用 RNG ke 方法结合用于预测气泡尺寸分布的种群平衡模型来预测湍流中的气液速度。模拟的 pH 值和碳酸盐浓度与文献中的实验数据显示出令人满意的一致性。模拟表明，湍流质量扩散率在气泡柱中沿轴向和径向方向变化，计算出的湍流施密特数不是一个常数。当经验湍流质量扩散率无法用于模拟泡罩塔反应器中的类似过程时，所提出的方法尤其有用。使用 RNG ke 方法结合用于预测气泡尺寸分布的种群平衡模型来预测湍流中的气液速度。模拟的 pH 值和碳酸盐浓度与文献中的实验数据显示出令人满意的一致性。模拟表明，湍流质量扩散率在气泡柱中沿轴向和径向方向变化，计算出的湍流施密特数不是一个常数。当经验湍流质量扩散率无法用于模拟鼓泡塔反应器中的类似过程时，所提出的方法尤其有用。模拟的 pH 值和碳酸盐浓度与文献中的实验数据显示出令人满意的一致性。模拟表明，湍流质量扩散率在气泡柱中沿轴向和径向方向变化，计算出的湍流施密特数不是一个常数。当经验湍流质量扩散率无法用于模拟鼓泡塔反应器中的类似过程时，所提出的方法尤其有用。模拟的 pH 值和碳酸盐浓度与文献中的实验数据显示出令人满意的一致性。模拟表明，湍流质量扩散率在气泡柱中沿轴向和径向方向变化，计算出的湍流施密特数不是一个常数。当经验湍流质量扩散率无法用于模拟鼓泡塔反应器中的类似过程时，所提出的方法尤其有用。