新型反应器在纳米颗粒制备中的应用研究进展

总结了应用于液相的高速旋转式反应器、微通道反应器和应用于气相的气相流动反应器,阐述了旋转盘式反应器、旋转填充床反应器、高剪切搅拌反应器和管套管旋转环隙反应器4种高速旋转式反应器和液滴型微通道反应器及激光气化流动反应器、气溶胶反应器和连续流非热等离子体反应器3种连续气相反应器的设计原理、流场分布及在氧化物、核壳结构等诸多无机纳米颗粒及金属纳米棒等制备中的研究现状并分析了其优缺点。这些反应器均能制备粒径更为均一、结构独特的纳米颗粒;但在设备加工工艺、通道堵塞和放大等方面面临挑战。后续需充分利用其各自的特点开发出新的纳米材料和进行反应器放大规律研究,还要开发新型反应器来满足科技对纳米材料的要求。

化工设备机械基础课程线上线下混合式教学改革与实践

在新工科大背景下,就目前化工设备机械基础课程教学中存在的问题进行分析,提出线上线下混合式教学改革方法。线上教学主要包括课前预习、课中教学、课后复习等环节,线下教学主要采用翻转课堂、小组讨论等方式,践行了“以学生为中心”的教学理念,促进教师不断更新知识、提高科研创新水平,增强学生学习兴趣,挖掘学生学习潜能,培养学生的创新能力及终身学习能力。

喷雾热解法加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响

【目的】为了探究喷雾热解过程中加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响,分析热解炉内的流量场和浓度场的变化情况,实现对热解炉的设计优化。【方法】采用数值模拟的方法,建立喷雾热解炉的物理模型,分别探讨加热壁温对铈锆固溶体在热解炉的不同阶段及热解炉中水蒸气分布和HCl分布的影响。【结果】当热解温度为850℃时,液滴的反应主要分2个阶段,在炉膛高度为0~0.05 m处,为加热蒸发阶段,在炉膛高度为0.05~0.6 m处,为稳态热解阶段。当炉壁温度为550~650℃时,在炉膛高度为0.9 m处温度变化放缓,喷雾处于稳定热解阶段;而壁温在750~850℃时,在炉膛高度为0.6 m处温度变化放缓;当壁温为850℃时,在炉膛高度为0.1~0.6 m处的温度曲线斜率最大,液滴达到稳定蒸发阶段的时间缩短,水分蒸发变快,热解时间变短。【结论】炉壁加热区的温度越高,HCl生成的速度越快,速度的最大值越小,在炉膛高度为0.4 m处速度变化最大,达到1.6 m/s左右;并且整体HCl生成的量随温度的升高而增大,平均速度变化随着热空气温度的升高而减小。

静态混合器结构优化设计与流场特性分析

为油田高能效驱油以提高原油产量,针对SK型和SX型静态混合器混合单元结构,通过创新设计和三维建模开发多重螺旋混合单元静态混合器,基于静态混合原理,利用FLUENT数值模拟软件,采用有限体积法,对所开发混合器内流体的流场进行仿真分析,研究该结构静态混合器的流动特性,结果表明,该种静态混合器使流体产生剪切和正反向涡旋作用,流体被充分扰动,混合均匀,满足油田注聚驱油要求,可为油田开发新型高效静态混合器提供一定技术支持。

基于CFD-DEM算法的气力输送气固两相流特性分析

超轻粉体颗粒由于质量较小,在运输过程中易受气流扰动而飘散,物料的管道气力输送过程不稳定,易发生堵塞。为了研究超轻粉体颗粒在旋流气力输送中气固两相流流动特性,采用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM),对Komax型静态混合器内气固两相流动特性进行数值模拟研究。研究发现,带有Komax型元件的水平管道可以改变颗粒的流动情况,改善了水平管道内颗粒堆积和分布不均匀的现象;分别从颗粒相和流体相的流动状态分析得到元件长径比Ar=3时为最优几何结构;通过正交实验极差分析得到影响气固两相流动特性的因素顺序:输送气速>颗粒质量流量>颗粒粒径。当元件Ar=3时,颗粒-颗粒和颗粒-管壁的碰撞次数与碰撞强度呈现负相关,结合出口颗粒流分散状态,优选输送气速为3~4m/s;主要考虑输送气速对管内压降的影响,提出了带有Komax型元件的水平管道气力运输过程中压降与输送气速和轴向位置的经验拟合式。

机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统自适应逐时优化研究

为实现工业废水处理过程中进料流量和进料浓度波动状态下的机械蒸汽再压缩系统逐时优化,建立了基于自适应SPAE2算法的逐时优化模型。采用SPEA2算法并结合自适应交叉概率、变异概率以及组合权重法的多目标逐时优化,以系统总功耗和总换热面积为优化目标,得到蒸发温度、压缩温升的最优组合。在原始研究的基础上,改进了SPEA2算法,并且将原始数据与优化结果进行对比,自适应SPEA2算法具有更强的全局寻优能力,优化结果具有更高准确性。利用最小二乘法对优化结果进行数据拟合,优化结果与恒定蒸发工况下结果相比:系统总功耗平均降低123.7 kW,换热面积平均减少36.3 m^(2);性能系数和㶲效率分别平均提高8.8%和26.6%,㶲损失平均降低102.3 kW。研究结果表明,所建立的系统逐时优化模型可以得到系统进料波动状态下各设备参数逐时变化值,提高了目标系统的能量利用率和热力学完善度。

非牛顿流体在叶片式静态混合器中的传热强化特性

非牛顿流体在化学、食品和材料等领域具有关键作用,但高表观黏度使其通常具有低传热特性。叶片式静态混合器作为一种高效的传热强化设备,在化工过程强化中具有鲜明的技术特色。本文针对非牛顿流体在Kenics静态混合器(KSM)和Lightnin静态混合器(LSM)内的流动和传热特性进行了比较研究。重点分析了体积流量、元件长径比及流体浓度等参数对羧甲基纤维素(CMC)幂律流体的流动及传热影响。结果表明,在相同工况下,随着CMC溶液的体积流量增大,管道内的换热系数和压降均增大。静态混合元件的插入使得换热系数和压降显著提高且Lightnin元件产生的影响更明显。元件长径比和CMC溶液浓度影响流体在管道内的流动和换热。随着长径比的减小,传热性能得到提高,但其增大的阻力系数影响占据主导地位,综合换热性能系数(PEC)降低。溶液浓度的增大使得管道换热能力逐步削弱,并对管道内压降的提升有显著影响,综合换热性能降低。总结得出,在体积流量为4.5×10^(-4)m^(3)/s,质量分数为0.374%、长径比为3.0时,KSM的PEC最大为2.114。

声共振混合器高黏度流体混合的功耗特性研究

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功率,探究了黏度和振动参数改变对混合器功耗特性的影响,并建立了声共振混合器混合功率的预测函数。研究结果表明,在混合过程中,壁面对液相做功的瞬时功率呈现先减少后稳定波动的趋势,而有效功率呈现先增加后稳定波动的趋势,这种不同的变化趋势是由于两者的相位差发生变化所导致的。增加振幅、频率或等加速度下低频大振幅都能够增加瞬时功率和有效功率,并减少液相进入稳定流动阶段所需吸收的外界能量。

井下旋流分离管柱的振动特性研究

为研究旋流分离管柱在注入泵和采出泵两螺杆泵抽吸条件下的振动特性,对其进行模态分析和瞬态动力响应分析。结果表明,不同工况下,旋流分离管柱的固有频率有所不同;固定注入泵一端和固定采出泵一端相比,固定采出泵一端各阶固有频率较小;螺杆泵转动引起的激振力和内部流量变化都会导致管柱变形,其中螺杆泵转动对旋流分离管柱变形影响较大;相对于固定采出泵,固定注入泵条件下旋流分离管柱产生的振动位移更大,是旋流分离管柱自身结构和注入泵转速产生更大激振力综合作用导致的结果;控制两个螺杆泵工作状态的时间差,理想情况下可以控制旋流分离管柱的总变形。

分体式自清洗工业废气余热回收装置设计

为解决化纤生产废气余热回收装置运行一段时间后因污垢层积而换热效率下降的问题,提出一种分体式自清洗工业废气余热回收装置。设计了分体式换热器,采用PLC控制刷洗机构、拉板小车和高压喷头,实现了换热翅片管排的自动分合和清洗功能。测试结果显示,分体式自清洗工业废气余热回收装置能维持较高的换热效率,较原有整体式装置效率提升大约5%,清洗时间由10h缩短为2.5h。该余热回收装置可提高能源利用效率,降低生产成本,减少维护时间,为低品位热能回收利用提供了参考。

增强型中空纤维膜及MBR数值模拟的研究

中空纤维膜作为膜生物反应器(MBR),由于其高效性及灵活性被广泛应用于污水处理领域。文中介绍了纤维管增强型中空纤维膜,包括针织管增强膜、编织管增强膜及无纺管增强膜,综述了计算流体力学在MBR优化设计及膜污染清洗等方面的研究,并对增强型中空纤维膜及MBR数值模拟的应用前景进行展望。在未来的研究中,将计算流体力学与理论试验相结合可以提升研究效率,更好地解决水处理问题。

基于两性离子的纳滤膜抗污染改性方法研究进展

纳滤膜对水中污染物的分离截留性能优异,膜污染控制和抗污染强化是该技术发展的研究热点。纳滤膜改性是强化纳滤膜抗污染性能的方法之一,基于两性离子材料的改性纳滤膜凭借两性离子材料静电作用与水分子结合的特性,在渗透性和抗污性方面表现优秀。系统综述了强化抗污染的两性离子纳滤膜的改性方法,包括涂覆法、接枝法、界面聚合法、自组装和共混掺杂法等,并阐释了各方法所制备纳滤膜的抗污效能和适用条件,最后对各改性方法做出了展望,以期为两性离子材料在纳滤膜改性和实际应用中的研究提供参考。

氯化胆碱改性聚酰胺纳滤膜的制备与分离性能

为了提高传统聚酰胺纳滤膜的分离性能,利用酰氯与羟基之间的酯化反应将带有正电荷的季铵盐氯化胆碱(CC)引入聚酰胺纳滤膜表面,制备在中性条件下具有近中性荷电性的氯化胆碱/聚酰胺纳滤膜,通过对无机盐的分离测试考察了CC质量分数对薄膜复合(TFC)膜性能的影响。结果表明,当CC质量分数达0.10%时,改性效果最佳,TFC膜对Na_(2)SO_(4)、MgSO_(4)和MgCl_(2)均具有较高的截留率,具有改善的Mg^(2+)/Li^(+)分离能力,渗透通量提升了315%。

导流型高温板式换热器的流动与传热特性分析

以一种用于固体氧化物燃料电池(SOFC)热电联产的高温板式换热器为研究对象,通过数值模拟的方法,对其传热特性和阻力性能进行分析,探究波纹倾角的变化对高温板式换热器冷侧流道的流体流动、传热特性的影响,并搭建了粒子图像测速(PIV)实验平台,对其流场分布和流速进行试验,验证了数值模拟结果的正确性和可行性;采用单位压降的换热系数评价换热器的综合性能。结果表明,PIV试验与数值模拟得到的冷侧流道速度矢量分布大致相同,模拟结果与试验结果相比误差在10%以内;当β=70°时,换热器的压降损失最大,当β=30°时,换热器的压降损失较小且换热能力最强。在研究范围内,不同β下的综合性能随着Re的增加而减小,当β=10°时整体的综合性能最好,β=80°时最差,研究结果可为板式换热器工业设计选择提供参考。

聚酰胺/醋酸纤维素复合正渗透膜的制备及相转化工艺参数的优化

正渗透(forward osmosis,FO)分离技术具有低操作压力、低能耗、膜污染程度轻等优点,可能成为解决世界上水资源匮乏和能源短缺等极具挑战性问题的潜在方案。然而,正渗透技术缺乏性能优异且稳定的FO膜被认为是限制其发展及应用的主要障碍之一。本文从调控相转化工艺参数出发,通过改变铸膜液中的致孔剂种类以及操作参数(涂布厚度、溶剂蒸发时间和凝固浴温度)来实现对醋酸纤维素(cellulose acetate,CA)基底结构和性能的有效调控,并采用界面聚合(interfacial polymerization,IP)的方法在这种亲水的多孔基底上制备聚酰胺(polyamide,PA)分离层,得到薄膜复合正渗透(TFC-FO)膜。实验结果表明,用10%(质量分数)CA、致孔剂A等组成的铸膜液在150μm浇铸刀下涂布,立即浸入25℃凝固浴相转化制得CA基底,再经界面聚合所得的TFC-FO膜的渗透选择性最佳,以1mol/L NaCl溶液作为汲取液,去离子水作为原料液,膜的FO水通量达10.94L/(m^(2)·h),反向盐通量为0.0500mol/(m^(2)·h),对NaCl的截留率为95.0%,结构参数为1404μm。

双锥形油水分离旋流器分离效率正交数值的实验研究

以双锥形油水分离旋流器为研究对象,采用计算流体力学数值模拟方法和正交实验方法,针对旋流器的含油率、进口速度、分流比、大锥段角度和小锥段角度等因素对旋流器分离效率的影响,进行了正交数值实验。结果表明,各因素对分离效率影响的顺序为:分流比>含油率>进口速度>大锥段角度>小锥段角度。含油率10%、进口速度6m·s-1、分流比25%、大锥段角度15°、小锥段角度1°为最优的参数组合,其中旋流器的大锥段角度和小锥段角度的影响不显著,可以根据实际需要进行调整。通过回归分析推导出了含油率、进口速度和分流比对分离效率影响的经验公式,可供设计时使用。

T型管油水分离效率的正交数值试验研究

T型管广泛应用于油田的油水分离,影响其分离效率的因素较多。运用正交试验方法对T型管的管径、垂直管间距、垂直管数等三个几何参数和含油率、进口速度和分流比等三个操作参数共计6因素3水平设计了18组试验方案,并运用计算流体力学数值模拟方法对其进行了数值试验研究,结果表明:各因素对T型管分离效率的影响大小为垂直管数>垂直管间距>分流比>含油率>入口流速>管径。管径60 mm、垂直管数3、垂直管间距1000 mm、含油率40%、入口流速0.35 m/s、分流比0.4为T型管的最优结构组合,此时T型管的分离效率达到99.99%。分离效率随垂直管数、垂直管间距的增加先降低再升高,随分流比、含油率的增加先升高再降低。管径和入口速度对分离效率的影响较小,其大小可视需要而定。

炼油企业液态烃泵机械密封的应用及可靠性分析

对某企业炼油装置机泵故障进行了统计,发现机械密封故障仍占机泵故障的50%以上。因此选取较为典型的液态烃泵用密封进行分析,通过故障统计分类,总结了液态烃泵用密封在选型、安装、维护和运行中的相关要求。对于液态烃泵通过提升机械密封部位的可靠性,提升泵的本质安全性,避免突发泄漏事故提出了应用建议。

深孔焊结构喷泉式管束装配工艺技术研究

深孔焊技术广泛应用于石油化工领域中的重要换热设备,可有效减少间隙腐蚀、应力腐蚀、疲劳破裂等问题。本文针对深孔焊结构喷泉式管束,进行装配工艺技术的研究。

旋风分离器环形空间顶灰环的流动特性

旋风分离器环形空间内由于二次涡的作用在上部存在一个旋转的顶灰环,不仅会降低分离效率,而且会造成冲蚀磨损。采用有机玻璃制造的PV型旋风分离器(筒体直径D=160 mm)以及丙烯腈待生催化剂和铁矿粉,在入口气速(v_(in))为12~20 m/s、入口气流颗粒质量浓度(C_(in))为10~100 g/m^(3)条件下进行实验,利用高速摄像机考察顶灰环的流动特性。实验结果表明:顶灰环存在周期性脱落现象;脱落周期与入口气速和入口气流颗粒质量浓度有关,且随入口气速增大而增大,随入口气流颗粒质量浓度增大而减小。为进一步分析顶灰环的形成机理,利用Fluent模拟了环形空间的气相流场。结果表明,二次涡对颗粒群的夹带形成了顶灰环,顶灰环颗粒的积累导致顶灰环发生周期性脱落。在模拟分析基础上建立了基于准数关联的顶灰环脱落周期的预测模型。