转子-径隙式水力空化反应器空化性能优化研究

旋转型水力空化反应器因其空化强度大,空化率高,已被广泛应用于杀菌消毒,污水处理等工业领域。文章提出一种弧形转子,通过数值计算分析弧形转子与原转子在不同转速下反应器内部空化性能,分析定子与转子之间的相互作用,研究改变弧形转子叶片入口安装角对反应器内部空化性能的影响。结果表明,在不同转速下,弧形转子均极大提高反应器内部空化强度,提高空化率。转子区域,空化发生于转子叶片吸力面,与低压区相对应;定子区域,转子叶片转过定子盲孔时,对流体进行强剪切,盲孔内部与进出口分离区压力降低涡量增大,发生剪切空化以及涡空化。增大叶片入口安装角度可以极大增加空化强度,提高反应器性能。

水力空化强化碳化反应制备碱式碳酸镁的实验研究

为了强化微观混合和传质,提高Mg(OH)_(2)碳化率,采用水力空化技术强化Mg(OH)_(2)与CO_(2)碳化反应生成中间产物Mg(HCO_(3))_(2),再经过热解制备碱式碳酸镁[4Mg CO_(3)·Mg(OH)_(2)·4H_(2)O],设计正交试验考察Mg(OH)_(2)碳化率的影响因素。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和多参数测试仪等对产物进行表征。研究结果表明,Mg(OH)_(2)碳化率影响因素由大到小顺序依次为入射角α、CO_(2)流量q、Mg(OH)_(2)固含量s、入口压力p、喉径d_(0)、碳化时间t。在α=60°、d_(0)=4 mm、p=0.35 MPa、t=60 min、s=1.6%、q=17 L/min的工艺条件下碳化率为92.1%,比鼓泡搅拌反应器的碳化率(60.53%)高31.57%。产物4Mg CO_(3)·Mg(OH)_(2)·4H_(2)O中杂质(如Ca O、Fe)含量降低;制备的4Mg CO_(3)·Mg(OH)_(2)·4H_(2)O呈均匀片状结构,晶体厚度小于50 nm;产品结晶良好,组成相对稳定单一,所得产物的各个衍射峰峰位都与标准六方晶型的碱式碳酸镁衍射峰峰位完全一致。

水力空化法剥离煤制备荧光碳点的性质

以煤为原料制备碳纳米材料,对煤炭的清洁化和资源化利用具有重要意义。纳米碳点以其优异的性能,在许多领域显示出巨大的应用前景。目前,制备煤基碳点的化学和物理方法存在着使用药剂和设备昂贵、难以规模化生产等不足,因此亟需开发一种绿色环保、可规模化的制备方法。以无烟煤为原料,本文首次采用水力空化的方法剥离出碳点。该碳点呈类球形颗粒,平均粒径为2.1nm,具有石墨类晶格结构;主要由C、O元素组成,表面附着丰富的含氧基团,水溶液中分散性良好。由于该碳点特有的核壳结构,展现出独特的荧光性能。在360nm光照射下,显示出蓝色和黄色两个荧光峰;当用小于此波长光激发时,蓝色荧光峰占主导地位,而大于此波长时,黄色荧光峰占主导地位;另外,蓝色荧光峰表现出对激发波长的依赖性,而黄色荧光峰位置基本不变。本碳点的成功制备为研究其荧光机理和双荧光峰之间的过渡与转换提供了新的实物基础。更重要的是,研究成果将为碳点的绿色、高效、低成本、连续和规模化制备,以及煤炭资源的高值化利用提供新思路和新方法。

水力空化场强化苯酚常温氧化制备苯醌

基于文丘里型空化管的水力空化场强化,苯酚与过氧化氢在常温下进行氧化反应。采用气相色谱-质谱联用分析反应产物,考察反应条件对苯酚转化率的影响,并根据产物分布推测并验证了反应历程。在水力空化强化下,过氧化氢解离的羟基进攻苯酚形成对苯二酚,再由氢自由基的脱离形成半醌,最后成键形成苯醌。最佳反应条件:空化管入口压力0.4MPa,反应终温35.8℃,过氧化氢体积分数9%,溶剂水体积分数91%,初始苯酚加入量8g,反应时间10min。苯酚转化率和苯醌选择性分别为34.5%和80.5%。

水力空化处理对大豆分离蛋白与儿茶素相互作用及结构功能特性的影响

采用基于孔板的水力空化对儿茶素与大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)的混合物进行处理,通过比较处理前后儿茶素与SPI的结合量,以及所形成复合物的紫外吸收光谱、荧光光谱、游离巯基与游离氨基含量、表面疏水性、平均粒径与Zeta电位、二级结构、抗氧化活性等的变化,研究水力空化处理对儿茶素与SPI相互作用及所形成复合物的结构功能特性的影响。结果表明:水力空化处理能促进儿茶素与SPI的相互作用,在儿茶素添加量为2.0 mg/mL时,水力空化处理能将儿茶素与SPI的结合量由(21.82±0.18)mg/g提高至(62.55±0.36)mg/g;与未处理的复合物相比,水力空化处理后SPI-儿茶素复合物的紫外吸收增强,荧光强度减弱,平均粒径增大,Zeta电位绝对值、表面疏水性、游离巯基和游离氨基含量下降,二级结构中α-螺旋、β-转角和无规卷曲相对含量增加,β-折叠相对含量减小;另外,经水力空化处理后复合物的抗氧化活性明显增强,在儿茶素添加量为2.0 mg/mL时,1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率由处理前的(48.64±1.24)%上升至(84.72±0.12)%,2,2′-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)阳离子自由基清除率由(35.60±1.21)%上升至(75.51±0.79)%,铁离子还原能力由0.81±0.02上升至1.52±0.05。可见,水力空化处理能够促进儿茶素与SPI的结合,改变复合物的结构性质,增强复合物的抗氧化活性。

转子-径隙式水力空化反应器的空化诱导噪声脉动特性研究

旋转式水力空化反应器作为一种高效产生空化气泡的设备被广泛应用于工业领域,其空化诱导噪声是其性能评估和目标优化的重中之重。研究了一种转子-径隙水力空化反应器的空化及其诱导噪声特性,对不同转子转速下的非定常空化流场进行了数值模拟;研究了空化与其诱导噪声脉动特性的相互作用机制,分析了空化诱导噪声的时频分布特性。结果表明,转速3300~3900 r/min,转子吸力面涡度由5960 s-1上升至7155 s-1,转子入口圆周涡度由6142 s-1上升至7597 s-1,这种提升表现为高涡度区沿压力面方向和入口圆周方向扩张;转速为3300 r/min下反应器噪声沿反应器内部环形流动方向,其噪声叶频脉动幅值经历了增长—稳定—降低3个阶段,其中,在蜗舌和流体出口位置,P8至P1的噪声叶频及其多阶谐频幅值均有不同程度降低;剧烈的空化致使出口位置空化诱导噪声的幅值不增反降,最终表现为出口位置噪声叶频及其多阶谐频幅值的降低,这是由于强空化状态下超空泡周期性溃灭量小于弱空化状态,空化气泡长期存在而非周期性溃灭。

水力空化协同Fenton联合光催化法降解有机废水

本文研究了水力空化法分别与芬顿法和光催化法联合降解处理有机废水的最优工艺。采用自建体系,优化了相关操作参数,探讨了初始pH值、H2O2浓度、水力空化入口压力、溶液初始浓度等条件对水力空化分别与Fenton或光催化法联合降解效果的影响。结果表明,酸性条件下罗丹明B的降解效果更佳,H2O2的最佳浓度为15mg·L^(-1),罗丹明B的初始浓度为10mg·L^(-1),水力空化的最佳入口压力为0.3MPa。在最优条件下,水力空化协同Fenton联合光催化降解罗丹明B的效果最佳,降解率达到89.8%,显著高于单独使用水力空化、Fenton法或光催化降解的效果。这种协同作用主要归因于多种技术的相互协同增效,进而增强了罗丹明B的降解效果。本研究可为高效降解罗丹明B等污染物提供新的途径。

水力空化技术的研究进展

水力空化技术具有低运行成本、高效率等优势,广泛应用于废水处理及重油减黏等领域。空化发生器的结构特性直接影响空化效果。文丘里管型的管径、喉径、喉长等与空化效果有关,其内部螺旋流动会引起局部压力损失。孔板型孔径、孔间距直接影响空化效果,结构简单但易堵塞。旋转式空化反应器能运输流体,但大规模生产能耗高,其定子、转子间距及形状影响空化效果。通过研究空化发生器的结构特性,将为相关领域提供创新解决方案。

旋转式水力空化发生器的空化特性

为综合考虑水力空化发生器的空化强度和输送能力,基于一台比转数为117.3的单级单吸式离心泵,设计出一种能够兼顾空化和扬程的旋转式水力空化发生器.基于CFX软件对旋转式水力空化发生器内部空化形态变化和空泡演变规律进行研究.结果表明,随着进口压力的降低和流量的增加,旋转式空化发生器的空泡团体积增大;在转轮挡板和隔舌附近均有空泡产生,转轮内部空泡首先在挡板侧面产生,然后在其背面靠近隔舌处开始脱落,隔舌处空泡在隔舌下游初生,并与转轮空泡同时脱落,两者具有不同的溃灭周期.该旋转式水力空化发生器提高了空化发生装置的集成化程度,具有空化效果好、且能有效增加液体静压的特性,对其空化特性的研究可以为水力空化发生装置的设计提供参考.

水力空化生产及其在煤化工废水处理领域的应用

水力空化技术作为一种新型氧化技术,在水处理领域具有潜在的应用前景。针对煤化工废水的来源和特点,从理论研究和实际应用的角度出发,主要阐述了水力空化有机污染物的降解机理(物理过程与化学过程)及其在水处理领域的降解和消杀原理,并综述介绍了常用水力空化生产装置(孔板型空化器、文丘里管型空化器和旋转型空化器)的结构原理及其技术应用与最新研究进展,进一步总结了水力空化技术在煤化工废水处理中的优势和目前该领域仍待解决的问题。

水力空化强化Na_(2)S_(2)O_(8)的船舶废气脱硝实验研究

为探索船舶尾气高效脱硝新方法,本文使用水力空化强化Na_(2)S_(2)O_(8)进行湿法氧化脱硝。通过与鼓泡方式进行对比,证明了水力空化强化Na_(2)S_(2)O_(8)脱硝的可行性。研究了溶液温度、入口压力、氯离子(Cl^(-))等因素对NO_(x)去除率的影响。结果显示:当Na_(2)S_(2)O_(8)浓度为0.1 mol/L时,溶液温度从30℃升高到80℃,NO_(x)去除率由9.8%增长到71.2%。NO_(x)去除率随水力空化反应器入口压力提高呈现先上升后下降的趋势。入口压力为350 kPa时,NO_(x)去除率最高。Cl^(-)可以显著提高NO_(x)去除率。溶液温度为60℃时,在浓度为0.1 mol/L的Na_(2)S_(2)O_(8)溶液中加入氯化钠,能产生HOCl、Cl2等含氯氧化性物质,从而极大地增加反应溶液的氧化能力。NO_(x)去除率超过90%的维持时间长达142 min。在海水条件下水力空化能有效促进Na_(2)S_(2)O_(8)脱硝,具有船舶应用前景。

低能耗、高效率的无泵水力空化联合臭氧降解罗丹明B

采用低能耗、高效率的无泵水力空化装置联合臭氧对50 L罗丹明B溶液进行降解,使用功率仅为230w的电动机驱动自制螺旋桨和孔板水力空化装置。单独水力空化的降解效果非常低,臭氧与水力空化联合处理效果较好。臭氧的最佳流量为2 L/min,臭氧过多会导致气泡过多,抑制水力空化。臭氧流量为2 L/min,罗丹明B初始浓度分别为4、6、8、10 mg/L时,分别经过4、5、6、7 min后降解率接近100%。螺旋桨搅拌不仅促进了臭氧的利用,而且螺旋桨和孔板诱导的水力空化在联合降解中也发挥了重要作用。臭氧-无泵水力空化联合技术避免了大功率水泵的使用,具有能耗低、降解率高、处理能力大等优点,在污水处理中具有良好的实际应用前景。

撞击流—水力空化制备壳聚糖/蒙脱土复合材料及其应用

目的:解决传统机械搅拌制备壳聚糖/蒙脱土复合材料耗时长且不利于放大生产的问题。方法:利用撞击流—水力空化的方法制备壳聚糖/蒙脱土复合材料,考察了壳聚糖用量、壳聚糖相对分子质量、反应时间和反应温度4个因素对复合材料有机烧失率的影响,进而采用L_(9)(3^(4))正交试验优化制备材料的最佳方法。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、比表面分析仪对复合材料进行结构表征。结果:制备壳聚糖/蒙脱土复合材料的最优方案为:壳聚糖用量25 g、壳聚糖相对分子质量150万、空化时间20 min、空化反应温度80℃。在此条件下制备的复合材料的有机烧失率为37.42%,表征结果证明壳聚糖已成功负载到蒙脱土上,且复合材料依然具有蒙脱土的多孔结构。结论:撞击流—水力空化法与传统机械搅拌方法制备的复合材料相比,结构更疏松,比表面更大,有机烧失率、蔗汁脱色率更高,且撞击流—水力空化制备法更节省时间。

水力空化效应影响因素的研究

为探讨水力空化效应的影响因素,采用亚甲基蓝-紫外分光光度计法测量水力空化过程中产生的羟基自由基(·OH)的数量,考察亚甲基蓝浓度、出口压力、管路流量等各因素对水力空化效应的影响。结果表明:亚甲基蓝分光光度计法能够成功地捕捉到水力空化产生的羟基自由基;当出口压力为0.10 MPa、液体温度为30℃、pH值为中性、管路流量Q=800 L/h及掺入气体量为0.15 L/h时,出现最大羟基自由基浓度,此时水力空化效果最好。

水力空化强化稠油加碱乳化降黏的研究

利用碳酸钠(Na_(2)CO_(3))乳化稠油,采用机械搅拌法探究稠油质量分数、Na_(2)CO_(3)质量分数、乳化温度和搅拌速率对水包油(O/W)型乳状液的影响;利用水力空化技术强化制备乳状液,探究Na_(2)CO_(3)质量分数、空化入口压力、空化次数对乳状液的影响。基于机械搅拌法确定最优实验条件为:稠油质量分数为70%、Na_(2)CO_(3)质量分数为2000μg/g、乳化温度为30℃、搅拌速率为1000 r/min。水力空化技术制备乳状液的实验结果表明,随着Na_(2)CO_(3)质量分数的增加,乳状液表观黏度升高、分水率降低。空化入口压力为0.3~0.7 MPa时,随着空化次数的增加,乳状液的表观黏度升高,分水率降低;入口压力为0.9 MPa时呈相反规律。结果表明,与机械搅拌法相比,水力空化所制备乳状液油滴粒径小且分布均匀,在大规模制备稠油O/W型乳状液领域有很大的应用潜力。

特斯拉阀水力空化效应的数值模拟研究

水力空化作为一种高级氧化技术,近年来在水处理领域得到了广泛的应用。特斯拉阀是一种被动式止回阀,反向导通产生空化。本文以特斯拉阀空化器为研究对象,空化体积为特征参数,研究了结构参数对空化效应的影响。结果表明,特斯拉阀中的空化现象主要发生在出口段;通过减小圆弧段半径和增大直流道倾斜角度,可以有效地增强空化效应;随着出口长度和直流道长度的增加,空化效应先增强后减弱且存在一个最佳参数。研究结果对研发新型水力空化消毒灭菌装置具有重要意义。

水力空化过程及其在化工领域的应用

综述了水力空化发生原理,指出空化过程的能量释放和空化效应是强化反应过程的主要原因。通过对文丘里型、孔板型和复合型三种类型水力空化器的汇总,指出了各空化器结构参数对空化过程影响。通过对近年来水力空化技术在有机合成、废水处理、生物柴油制备等化工领域的梳理,进一步总结了水力空化技术的优势和目前仍待研究解决的问题。

基于水力空化的化工过程强化研究进展

水力空化(HC)是一种利用声化学效应(即空泡溃灭时释放出的巨大能量)的高效、绿色化工过程强化技术,是国内外的研究热点。该技术具有设备造价低、可放大性强、可与其他物理及化学方法高效耦合等优点,工业应用前景广泛。本文介绍了HC现象及其特性;归纳了近年来HC技术在有机废水处理、水消毒与生物燃料制备等代表性应用的研究、应用进展以及作用机理,展示了其工业应用的潜力;总结了用于诱发HC现象的水力空化反应器的发展过程与研究现状;最后,结合发展趋势与作者的研究经历,归纳了国内外在HC研究方面存在的问题,指出了其未来发展方向,为HC技术的发展与工业应用探索提供建设性意见。

水力空化对化学反应的强化效应

在由孔板产生的水力空化条件下对KI水溶液分解反应进行了实验研究. 通过测定反应产物碘的释放量,检测了水力空化的化学效应. 分析了实验装置的几何特性、水力学特性及溶液浓度等对空化强化效应的影响.研究结果表明: 水力空化能够引发或强化某些化学反应, 其作用强度取决于空化发生的状态、空化引发自由基的数量和反应物浓度等. 寻求最佳的水力空化条件, 可以获得较好的化学反应强化效果.

水力空化在水处理中的应用与研究进展

水力空化是一种非常复杂的物理现象,能够产生极高的瞬时压强与温度,从而能够带来众多的应用。文章综述了水力空化的概念,产生的机理,水力空化降解水中有机污染物的机理以及其在水处理中应用的研究进展,提出了水力空化作为一种新型的水处理技术具有潜在的应用前景,同时也提出一些仍需解决的问题。