叶片式气液分离器结构优化

为了研究结构参数对叶片式气液分离器分离性能的影响,采用Realizable k-ε湍流模型和DPM模型,对叶片结构参数进行优化,对叶片式分离器内的气液两相流动进行模拟研究,得到了分离器内速度分布、压力分布以及结构参数对分离效率和压降的影响规律,并通过气液分离试验验证了模拟的可靠性。结果表明:对于本文设计的DN450型叶片式气液分离器,叶片弯曲角度为100°时可有效分离粒径为40μm及以上的液滴,继续增大该参数并无明显效果,且对压降无明显影响;叶片数目为12、叶片倾角为5°、叶片分布锥角为9°时,分离器的分离效率最高且压降最低,处理气量为150 m3/h时,压降低于50 Pa;对于30μm以上的液滴,分离效率可达到90%以上。优化后结构相比于优化前,对于30μm粒径液滴,当处理气量大于90 m^(3)/h时,分离效率可提升最高达到60%,40μm液滴分离效率提升了29%;优化前、后结构压降基本一致。研究成果可为叶片式气液分离器的进一步改进和实际工程应用提供理论依据。

高频脉冲电场参数对水滴极化变形的影响

在理论分析基础上进行显微实验,得到了高压高频脉冲电场参数对水滴极化变形的影响规律。结果表明,随电场强度的增加,水滴的变形度近似呈抛物线形增大,水滴的极化弛豫时间降低,极化电荷的迁移速度增加,水滴最大变形度所对应的电场频率增大。电场频率过低时,油水乳状液的电容较大,极化电压过小,极化程度较低;电场频率偏离水滴固有频率越多,水滴的振荡幅度及共振效应越差,水滴的变形受到抑制。随占空比的增加,作用于水滴的电场能随之增加,水滴变形度增加;占空比过大,部分电场能经油相发生泄漏,水滴变形度小幅降低。研究发现,高压高频脉冲电场作用下,各电场参数间的交互作用对水滴极化变形的影响不可忽略。上述研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。

无机盐浓度及种类对电脱水过程水滴极化的影响

为了深入探究无机盐对电脱水过程水滴极化的影响机理,分别改变无机盐浓度及种类,对高频高压脉冲电场作用下水滴的极化变形进行显微实验研究。结果表明,不同Na Cl浓度条件下水滴的变形度随电场频率和占空比的增加呈先增大后降低,由于电导率增大、离子冲击效应等的影响,随着Na Cl浓度的增大,水滴的变形度随之增大。高价无机盐离子所受的电场力是一价离子的数倍,有利于其冲击速度和冲击动量的提升,水滴变形度随离子价位升高而增大。另外,由于离子活泼程度以及水解等原因,在同一高压脉冲电场中,不同钠盐溶液水滴变形度顺序为:磷酸钠>碳酸钠>硫酸钠>氯化钠>硝酸钠。不同氯盐溶液水滴变形度顺序为:氯化镁>氯化钙>氯化钾>氯化钠>氯化铵。研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。

直流脉冲电场下液滴-界面聚并行为

为了深入探究直流脉冲电场下液滴-界面聚并行为,针对去离子水作为分散相、葵花油作为连续相的体系,分别改变电场参数(电场强度、频率、波形)和物性参数(界面张力、电导率、液滴粒径、固体颗粒)进行显微实验研究,得到了液滴-界面聚并机制及各参数的影响规律。实验结果表明,液滴-界面存在完全聚并和不完全聚并两种机制,决定因素是泵吸和颈缩过程的相互作用。电场强度增大,不完全聚并程度增大,而电场频率的作用则相反,这与电场力大小和液滴稳定程度有关。随表面活性剂浓度增大,二次液滴急剧增大,超过临界胶束浓度后,小幅减小。随电导率和SiO_2浓度增大,不完全聚并程度均先增大后减小,而随液滴粒径增大,不完全聚并程度持续增大。大部分工况下,液滴在直流稳恒电场下不完全聚并程度高于直流脉冲电场。为脉冲静电破乳机理的深入探讨及高效紧凑脉冲电脱盐脱水设备的研发奠定了理论基础。

表面活性剂体系下高频脉冲静电聚结规律

为深入探究脉冲静电聚结破乳机理,采用数码显微成像系统,对不同表面活性剂条件下W/O乳状液分散相水滴在高压高频脉冲电场作用下的破乳聚并行为进行显微实验研究。结果表明,随OP-10、Tween-80及Span-80的加入,油水界面张力大幅降低,水滴的回弹融合作用减弱;表面活性剂的"空间位阻"效应,阻碍了静电聚结过程中水滴的迁移和相互靠近,乳状液聚并破乳、沉降分离效果降低。表面活性剂浓度由200mg/L左右增大至1 000mg/L时,活性剂分子脱离油水界面形成胶束,乳状液稳定性基本恒定,脉冲静电聚结及破乳分离效果差别不甚明显。Span-80溶于油相,表面扩散效应显著,严重阻碍了液滴的静电聚并,实验条件下水滴聚并时间长达661s;OP-10和Tween-80溶于水相,此类表面活性剂的加入对静电聚结的影响主要体现在油水界面张力降低、水滴融合作用减弱,水滴聚并时间分别为528s和420s。上述研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。

脉冲电场下W/O乳状液中水滴聚并行为的可视化研究

采用显微实验方法,全面考察高频高压脉冲电场下W/O乳状液中水滴的聚并行为。结果表明,实验范围内,随着脉冲电场强度、占空比和频率的增加,W/O乳状液中的水滴相互靠近的速率相应增大;当聚并时刻比超过0.8,水滴的靠近速率迅速增加。在脉冲电场中,W/O乳状液中的水滴融合时间与电场参数间并无直接关系,而与油-水界面张力紧密相关;油-水界面张力越大,水滴融合速率越快。静电脱水过程中,施加于W/O乳状液的电场强度应小于过度极化临界电场强度,否则将显著降低乳状液破乳脱水效果。上述研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。

高压脉冲静电破乳过程水滴的破碎临界电场参数

通过显微试验考察水滴在高压高频脉冲电场作用下的极化变形及失稳破碎过程,研究水滴破碎临界场强、占空比及电场频率的变化规律。结果表明:随占空比的增加,作用于水滴的电场能随之增大,同一脉冲周期内电场施加时间增长,水滴破碎临界场强减小;随电场强度的增加,水滴的极化变形效应愈加明显,水滴的变形弛豫时间缩短,破碎临界占空比减小,临界占空比最小值所对应的电场频率逐渐降低;电场强度一定时,随占空比的增大,水滴的破碎临界频率呈现先增大、后减小的趋势;电场强度、占空比及电场频率三者共同决定了水滴的极化弛豫状态、作用于水滴的电场能以及水滴的振荡频率,其交互作用对水滴的破碎具有重要影响。