不同动量比撞击流反应器流场特性数值模拟

目前撞击流技术在化学工程及多种过程工业中具有广泛应用.为了对撞击流混合器内的流动特征进行更深入地研究,利用数值模拟对撞击流混合器内流场特性进行分析.通过模拟得到不同动量比及不同喷嘴间距下撞击流反应器内流体速度、湍动能及压力分布,探究不同入口动量比对撞击流混合器流场特性的影响.结果表明:在xOy截面上两喷嘴的动量比越大,流体压力值越大,压力梯度分布越大;湍动能分布沿径向逐渐减小.对撞击面径向流体速度和压力进行分析,研究发现:当喷嘴间距L=2 D时,径向流体速度呈双峰分布,流体压力呈单峰分布;随着动量比的增加,流体的速度和压力整体增大.当L=4 D时,非等动量撞击下径向流体速度呈单峰分布;等动量撞击(K=1.0)下,撞击面径向上流体速度呈双峰分布;非等动量撞击的压力水平均低于等动量撞击.

内部能量集成精馏塔的模拟研究及其节能特性分析

针对苯-甲苯和丙烯-丙烷物系,模拟分析了压缩比、进料状态及换热量分布方式对理想内部能量集成精馏塔的操作特性、所需塔内换热面积及节能效果的影响。将模拟结果与传统精馏塔及热泵精馏塔进行比较,结果显示内部能量集成精馏塔的节能效果对于不同物系有较大差别。对苯-甲苯物系,热泵精馏塔的节能效果最好,节能百分率为40%。对丙烯-丙烷物系,理想内部能量集成精馏塔的节能优势明显,节能百分率在60%～80%。本文提出了内部能量集成精馏塔热温匹配的换热量分布方式。模拟结果表明,达到同样节能效果,采用热温匹配的换热量分布方式可以在压缩比较小时大幅度减小传热面积。

智能水驱基于界面离子调控机制的提高采收率机理研究

通过调节关键离子的浓度,智能水驱技术能够有效提高原油采收率已经得到学术界及工业界的广泛认可,但其微观机理仍存在争议。重点研究了硫酸根离子在砂岩及碳酸盐油藏中的提高采收率效果及机理。通过长岩心驱替实验探究硫酸根离子浓度对原油采收率的影响;通过开展油水界面张力、油水界面扩张模量、接触角及液桥收缩-断裂动力学行为分析,分析硫酸根离子浓度对油-水界面及固-液界面的影响规律及机制。结果表明,在低温条件下,将海水中硫酸根离子的浓度提高3倍能有效提高Berea砂岩及Indiana石灰岩中的原油相对渗透率及采收率;其微观机理包括两个方面:①硫酸根离子提高了两种岩石表面的亲水性;②硫酸根离子不仅降低油水界面张力,而且提高了油水界面扩张模量及油水界面稳定性,从而抑制地层中“颈缩-分离”(Snap-off)行为的发生,提高原油的连续性。

刚柔组合桨强化软锰矿浸出过程的反应动力学特性

在软锰矿湿法浸出过程中,采用传统搅拌桨反应器,容易出现流体“打旋”现象,导致传质效果差,进而降低反应效率。因而,本研究将刚柔组合桨应用于软锰矿的还原浸出过程,强化浸出过程的传质行为,提高锰矿浸出率。结果表明,在黄铁矿与软锰矿质量比为0.20,硫酸浓度为1.5 mol/L,液固比为10,温度为363 K下,软锰矿中锰的浸出率达到90.12%,与传统桨叶相比,锰浸出率提高5.5%。同时,研究发现浸出过程遵循核收缩模型且受表面化学反应控制,黄铁矿与软锰矿质量比、初始硫酸浓度、液固比的反应级数分别为1.2679、0.4182、1.1959,反应动力学方程为1-(1-X)^(1/3)=0.96×10^(3)(m_(FeS_(2))/m_(MnO_(2)))^(1.2679)[H_(2)SO_(4)]^(0.4182)(L/S)1.1959exp(-41.75×103/RT)t,浸出反应的表观活化能为41.75 kJ/mol。刚柔组合桨体系下的软锰矿浸出反应表观活化能相比传统搅拌体系下的软锰矿浸出反应表观活化能的文献报道值降低4.515~20.54 kJ/mol。

弯管扭转切换区流场分析

当前对于单段弯管内部流场的演变与发展情况已有众多研究结果 ,可是对于多段弯管组合下的流动情况分析并不多 ,特别是对于多段不同弯曲半径的弯管组合 ,其管段间过渡区域的流动体现了不同Dean数流动的组合 ,对于Dean数占主导地位的二次流动而言该数的变动对整个流动都会产生较大的影响 .本文使用数值计算的方法分析了弯管特殊组合形式下管段过渡区域的流场演变情况 ,并分析了不同边界条件下该区域流场变动对内部流体微团运动可能产生的影响 .结果显示 ,使用不同曲率的弯管进行组合 ,产生的流场对截面上的物质运动促进作用最明显 .

液-液喷射器性能优化及内部流动特性分析?

为了探索液-液喷射器的性能优化问题,改变喷射器喷嘴结构和射流类型,设计并建立了4种喷射器的三维模型,采用大涡模拟方法对4种模型进行模拟,得到各喷射器的内部流动特性及工作性能。工作流体从喷嘴射入吸入室,压力沿轴线呈现对称性的下降趋势,使得引射流体被卷吸进入喷射器并与工作流体进行掺混。随着两股流体的混合,势流核心区缩小,中速流体区域扩大,最终在扩散段内完成混合。通过分析各喷射器的内部流动特性,比较出4种喷射器的性能优劣。结果表明:椭圆喷嘴脉冲射流喷射器的卷吸性能、混合性能、效率均优于其他3种喷射器。

化工过程系统综合问题新的模块化求解策略和算法

针对过程系统综合问题中求解混合整数非线性规划 (MINLP)问题传统解法的不足提出了在模块化环境中过程系统综合问题新的求解策略 ,同时提出相对应的算法 .实例证明了该策略的正确性和新算法的有效性 .

粘性体系微观混合的研究进展

概述了粘性体系微观混和理论模型的发展历程,指出用机理模型描述微观混合是未来研究的方向。同时介绍了国内外研究微观混合所采用的主要化学实验方法,包括常用的化学反应体系及所得到的相关结论,且指出离集指数Xs和微观混合速率α是最常用的微观混合性能表征参数,最后对微观混合研究进行了总结与展望。

用重力流均化仓均化粉状物料

在仓套仓型整体流料仓中，粉状物料在重力作用下能形成可控的速度梯度场，再辅以１２次回流，可将呈水平层放置的粉状物料进行有效的均化，出料标准偏差可达到０１５％０３５％。

受控态二次流动数值仿真及其混合应用

通过使用不同曲率的弯管组合,在流动过程中引入周期性变动的二次流,实现对流体内部微团运动的控制。根据流动的二次流动力学模型,建立了在整个管道内部不同截面之间流体微团运动的非线形映射关系,并研究了微团在该映射下的运动特征及其在混合上的应用效果。结果表明,相比采用统一曲率的弯管组合,采用变曲率弯管可以更有效地突破混沌映射截面上由周期点和不动点组成的常规区域,提高扭管系统的混合操作效率,实现在层流状态下的高效混合。

低渗透油藏中油包水乳液的生成及其扩大波及体积的作用

针对低渗透水驱波及效率低的问题,研究了具有扩大波及体积作用的油包水乳液的形成及对驱油效果的影响。乳化剂浓度、油水比以及岩心渗透率是影响水包油乳液向油包水乳液的转变的重要因素。在高浓度条件下(0.5%和0.3%),乳化剂TC-6和原油形成的分散体系以水包油乳液为主。随着浓度降低,水包油乳液转变为油包水乳液并伴随着分散体系粘度的升高。相同浓度条件下,油水比升高也会引起水包油乳液向油包水乳液的转变。质量浓度0.3%条件下,油水比<6∶4时,分散体系以水包油为主;油水比>7∶3时,水包油乳液转变为高粘度油包水乳液。乳化剂浓度,油水比渗透率低于50.1 m D时,水包油乳液不稳定,容易发生反相形成油包水乳液。低渗透岩心实验表明,具有扩大波及体积功能的乳化剂能够在水驱基础上提高采收率8.9%,明显高于超低界面张力表面活性剂体系提高采收率效果。同时,乳化剂分子量小、粘度低,本身不存在注入性的问题,因此对于低渗透油藏水驱后扩大波及体积、提高原油采收率具有重要意义。

微尺度过程强化的结晶颗粒制备研究进展

结晶颗粒制备技术在化工、医药、电子、生物等领域具有不可替代的作用。近年来,随着化工过程强化和微化工技术的快速发展,基于微尺度的过程强化方法在晶体颗粒制备过程中得到广泛的应用,成为高端颗粒制备的前沿技术。本文系统综述了该领域的研究进展:围绕微流控组件,简述微结构混合器、微流体技术对提高微观混合效率的原理及其在纳米材料、药物结晶等领域的应用;围绕微尺度力场,综述超重力旋转填充床的结构设计、可视化研究,超声场为代表的声空化效应及外加力场对超细纳米颗粒制备和药物连续结晶过程的应用;进一步,针对新型膜微尺度传质强化过程,分析微孔膜材料强化传质过程以及膜表面的晶体颗粒“黏附-生长-脱落”运动行为,阐明影响微孔膜分散传质强化过程的关键结构和过程参数,系统论述致密膜液层强化传质的表面更新机制和控制结晶颗粒制备的多级膜操作系统。最后,展望微尺度过程传质强化的结晶颗粒制备技术发展趋势。

泡沫剂/驱油剂辅助蒸汽驱技术室内实验

泡沫剂辅助蒸汽驱过程实验优化参数为:气液比1∶1,浓度0.5%,注入时机为低含水率。利用优化的参数开展了泡沫剂/驱油剂辅助蒸汽驱单双管实验,结果表明:1蒸汽驱后,注入驱油剂或泡沫剂,采收率分别提高25.7%和28.4%,两者可以大幅度提高采收率;2单管蒸汽驱阶段的平均采收率为60.25%,而非均质双管蒸汽驱阶段采收率为33.6%,表明非均质性增加,蒸汽驱采收率下降;3驱油剂/泡沫剂辅助蒸汽驱提高采收率58.9%,大于单独泡沫剂或驱油剂辅助蒸汽驱效果,表明化学剂协同作用可以更好的提高采收率;4实验结束后,填砂管中局部油砂的含油饱和度为零,表明驱油剂或泡沫剂辅助蒸汽驱实验具有很高的洗油效率。

低渗常规稠油油藏乳化降粘剂的研究

研究了乳化剂浓度、油水比、剪切速度对扶余原油乳液性质的影响。结果表明,随着乳化剂浓度、油水比和剪切速度的增加,乳液的稳定性逐渐变好。当油水比<55∶45时,乳液为水包油型;>55∶45时,为油包水型。剪切速度45 cm/min时,形成的乳液完全为水包油,随着剪切速度的增大,乳滴颗粒粒径逐渐变小,最后全部为油包水型。乳化剂聚合物二元驱提高采收率幅度高达25.4%,表明乳化具有启动携带降低原油粘度的作用,对低渗常规稠油油藏限压注入提高采收率具有重要意义。

考虑环境影响的间歇过程多目标最优化设计

同时考虑费用和环境影响的间歇化工过程多目标最优化设计问题的求解,通常的做法是使用权重系数法,将其转变成单一目标来优化。但大多数情况下,这种权重系数很难确知。因此,有必要提供多个解以便于设计者作出合理的最终选择。采用多目标遗传算法和线性规划相结合的方法求解出间歇化工过程优化设计模型的非劣解集,并与不同权重系数下的单目标算例进行了比较。结果表明,用多目标遗传算法求解间歇化工过程是有效的。这为设计者在间歇化工过程最优化研究考虑环境因素的决策提供了更多的选择。

拉曼检测系统中微量试样自动混匀控制装置设计与试验

以提高表面增强拉曼光谱重复性为目的,为保证表面增强金属纳米颗粒和分析物混合吸附的均一性,基于实验室自行搭建的拉曼点检测装置,设计了表面增强剂与微量液态样品自动混匀控制拉曼光谱检测硬件系统。基于NI LabVIEW软件开发工具,采用G语言编写了实时控制分析软件,实现了微量液态样品和表面增强剂自动混匀进样、光谱采集及数据处理等一键式操作。以市售蜂蜜中硝基呋喃妥因和磺胺甲氧哒嗪两种兽药残留为检测对象,通过试验验证了表面增强剂与微量液态样品自动混匀控制拉曼光谱检测系统的稳定性。结果表明,利用表面增强剂与微量液态样品自动混匀控制拉曼检测系统采集的蜂蜜中两种兽药拉曼特征平均峰值强度变异系数最低分别为0.0322和0.0361,建立的最优一元线性回归模型验证集决定系数分别为0.9619和0.9790,均方根误差分别为0.6723 mg/kg和0.5186 mg/kg。该系统显著提高了拉曼光谱的稳定性,所建立的兽药定量预测模型精确,可为液态样品表面增强拉曼光谱快速定量检测提供技术支持。

考虑环境影响的多产品间歇化工过程优化排序

提出一种用于多产品厂排序的多目标优化模型 ,其目标函数同时考虑了总生产时间和废物对环境的影响 ,定义了关于废物的环境影响因子及决策因子 ,用以对总生产时间和废物及其对环境的影响进行权衡 .采用改进的模拟退火算法对具有不同决策因子和环境影响因子情况下的算例进行了求解 ,结果表明 ,该模型能够较好地反映环境因素在多产品厂排序问题中的影响 。

影响BaSO_4沉淀颗粒粒径分布的工程因素

研究了釜式，管式与釜式组合反应器内各种混合方式对沉淀颗粒粒径分布的影响。结果表明，转达对粒径和分布的影响是非单调的；采用转子－定子型搅拌器能明显地改善颗粒的单分散性；加料位置对粒径分布比较敏感，桨叶底部为较合适的加料位置。采用组合反应器，不但使颗粒粒径减小，而且使颗粒分布变窄。

石油溶液物理结构研究的回顾与前瞻

石油溶液物理化学性质是影响石油开发、加工的主要因素。石油溶液结构研究则是石油物理化学性质研究中的基本问题之一。石油溶液结构包括物理结构和化学结构两个范畴。石油溶液化学结构的研究已经发展到可以用元素组成、分子量和结构参数表征石油体系的(平均)化学组成。有限的石油溶液物理结构研究集中于石油胶体溶液和石油分子溶液的描述与表征。石油溶液物理结构研究尚缺乏成熟的方法和普遍认可的表征参数。根据石油溶液物理化学性质测定等间接途径建立起来的石油溶液物理结构的理论模型是以沥青质为核心的,可能并不完全适合于沥青质含量较低而胶质含量较高的国产原油。综述了如何构筑具有理论和实践意义的石油溶液的物理结构模型,及如何建立石油复杂溶液的热力学概念及其理论分析体系。

基于多级流建模的间歇过程故障定位方法

针对间歇性供水系统故障定位问题的复杂性,提出了一种扩展多级流模型(MFM)的建模、故障警报分析和故障定位新方法。利用多级流模型和Petri网复合的方法,扩展了多级流模型以适应间歇过程的连续变化和离散变化,实现了分布式复杂系统的故障根源搜索和定位。