基于CFD的脂肪酸甲酯环氧化用液-液撞击流旋流反应器入口结构优化

基于过氧甲酸催化脂肪酸甲酯环氧化反应,本文提出一种新型液-液撞击流旋流反应器,采用Eulerian双流体模型和湍流雷诺应力模型(RSM)对反应器内脂肪酸甲酯与过氧酸的冷态混合进行研究,并利用分散相的分散均匀度量化反应器撞击流接触腔内两相的混合水平。研究了两相入口角度、入口上升角度和入口相对位置对混合效果的影响。通过结果可知,撞击流接触腔内两相液体受撞击流的作用在流向导流腔的过程中逐渐混合均匀。以分散均匀度为衡量标准,当两相入口角度为60°、入口上升角度为10°、入口相对位置为5mm时,反应器的混合效果最好。

级联式气-液旋流分离器流动特性数值研究

为探究级联式气-液旋流分离器流场特性,了解短路流这一特殊流型对其性能影响,采用雷诺应力模型和离散颗粒模型对气、液两相流动特征进行数值模拟,通过Q准则对涡流特征进行识别。研究结果表明,级联式气-液旋流分离器一级旋流管内流动特性与传统旋流分离器相似,增加二级旋流管使级联式气-液旋流分离器内形成了大量的局部二次涡流。当入口气速为7 m/s时,级联式气-液旋流分离器中一级旋流区内短路流流量高达入口流量的70.28%;增设二级旋流管对改善分离器性能具有重要作用,两级分离后级联式气-液旋流分离器对直径6μm以上的液滴能够实现完全分离。本研究为气-液旋流分离器的结构开发和级联式气-液旋流分离器的应用提供了思路和基础数据。

膜生物反应器内气液与污泥三相流动的数值模拟

将污泥作为独立的一相,对膜生物反应器内气-水-污泥三相流动进行计算流体力学模拟,不仅得到反应器内流体力学特性和气体分布,还获得污泥的流动与沉降特性,分析了易发生污泥沉降造成膜污染的区域.探讨了曝气气泡大小、曝气面积及曝气位置的影响,以期获得减小膜污染的最佳操作条件,优化反应器的结构设计.在本研究范围内,当曝气管距离膜单元底面350 mm,曝气面宽度2 mm,且气泡直径为4~6 mm时,污泥沉积导致膜污染的风险最小.由于膜生物反应器内气-水-污泥三相流动的数据较少,为了验证,将水与污泥的混合物简化为液相,进行气-液两相流动的模拟,并与文献的两相模拟结果比较,二者吻合较好,证明本模拟方法和结果的可靠性.

浸没循环撞击流反应器──极具应用潜力的液相和液固相反应装置

理论分析和实验研究结果表明， 浸没循环撞击流反应器（ＳＣＩＳＲ） 与传统的搅拌槽反应器（ＳＴＲ） 相比，虽然在可测量尺度上的混合特性并不占优；但由于撞击区中流体元间剪切速率更高，因而微观混合更强烈。这对于在分子尺度上进行的化学反应具有重要意义。制取“超细”白炭黑研究的结果佐证了ＳＣＩＳＲ强化微观混合的特性。除此以外， ＳＣＩＳＲ在结构方面还具有多项胜过ＳＴＲ的优点， 极具开发应用的潜力。

撞击流反应器制备石蜡乳液工艺研究

本文采用撞击流(IS)反应器作为乳化装置,Span80与Tween80复配作为乳化剂,对制备石蜡乳液的各影响因素进行考察,确定了石蜡乳液适宜的乳化工艺条件:复配乳化剂的HLB值为11、撞击距离5mm、撞击初速10m/s、石蜡含量为20%、乳化剂含量6%、乳化温度85℃;在该条件下,制得的石蜡乳液稳定性和分散性良好,平均粒径为1.5μm。

论液-液水力旋流器的CFD方法

在液-液水力旋流器数值研究过程中,几何模型的网格划分、对流-扩散项的离散格式的确定以及湍流模型和多相流模型的选择都非常重要,结合CFD(计算流体动力学)理论、液-液水力旋流器内流场特性和前人的研究成果进行探讨。研究表明,网格划分首选六面体网格单元,对流-扩散项离散用QUICK格式计算精度更高,利用Reynolds-Stress模型对湍流场进行模拟更合理可信,采用2相流动滑移模型模拟其内的油相运动过程也较为客观。研究的结论对采用CFD方法优化设计液-液水力旋流器具有指导意义。

超重力撞击流-旋转填料床液-液接触过程强化技术的研究进展

超重力液-液接触过程强化是一个崭新的研究领域,文中详细阐述了实现超重力液-液接触的撞击流-旋转填料床(IS-RPB)装置的结构及其接触和反应过程机制,着重介绍了混合过程和机制原理、混合特性的实验表征,并与常用混合器的混合效果进行了对比。从应用研究方面,分别介绍了IS-RPB在液-液萃取、液膜分离方面的基础及应用研究情况,并与普通方法进行了比较;从反应工程的角度,分析了超重力液-液反应过程及在超细粉体制备等方面的研究应用进展。对该技术今后的研究方向及发展进行了预测。

气-液撞击流过程中液相停留时间分布的实验测定

气-液撞击流接触器中液相平均停留时间及停留时间分布是重要的性能指标和设计参数.采用脉冲示踪法,测定了气-液撞击流过程中,液相的停留时间分布;以水为介质,黑色碳素墨水作示踪剂,采用光电非接触法检测,经计算机数据采集、处理,得到撞击流过程中液相停留时间分布曲线.初步考察了不同气体流量,液体流量,对停留时间分布曲线的影响;并与无撞击流的气液过程作对比.结果表明,该实验方法简便、可靠,利于后期数据处理;液体流量的增加使液相的停留时间减小,而气体流量的改变对液相的停留时间分布影响不大.撞击流过程使液相在撞击区的平均停留时间增加30%～50%.

撞击流-旋转填料床乳状液膜法处理含酚废水的研究(Ⅱ)

研究了利用撞击流 旋转填料床乳状液膜法处理含酚废水的实验过程中几个主要参数对制乳率以及最终提取率的影响。讨论了几种膜添加剂对膜稳定性的影响以及床层填料、不同的水油比、水乳比对制乳率和提取率的影响并得出较优条件。

液-固(气)旋流器分离性能分析及环保工程应用

阐述环保工程和化学工业中的广泛使用的液-固(气)旋流分离器结构特性,并分析液-固(气)旋流分离器的流场结构,观察旋流器的流线和流动现象。根据实验数据,采用圆柱室内二维轴对称涡流模型,计算涡室内准自由涡区压力分布,得准自由涡区的速度函数;按旋流器液-固(气)流体运动规律,计算分离的颗粒直径和分离效率。通过实验方法揭示液-固(气)旋流器流体运动的规律,最后给出废气治理工程的实例,并讨论其在环境保护领域中的应用前景。

双锥旋流分离器内固-液分离过程的数值模拟

为了进一步认识双锥旋流分离器的固-液分离过程．利用基于计算流体动力学的多相流模型对直径100mm双锥旋流分离器内粒径为5~50μm的颗粒的分离过程进行数值模拟．比较模拟所得颗粒的分离效率与实验结果的一致性。结果表明：粒径为5μm的颗粒进入内旋流后紧靠空气芯快速上升；粒径为25μm的颗粒进入内旋流后上升速度较慢，且在上升过程中逐渐远离空气芯；粒径为50μm的颗粒偶有进入内旋流的现象，但最终仍从底流排出；颗粒在分离器内的分布规律是．颗粒越小越趋向于分布于整个分离器内，随着粒径的增大，颗粒的分布先后出现浓度偏移及空间偏移，颗粒越大越趋向于分布于壁面附近及锥底部分。

撞击流-旋转填料床制备丙烯酰胺反相乳液及其稳定性研究

以撞击流-旋转填料床为乳化设备,煤油为有机介质,山梨醇酐油酸酯(Span 80)和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)为复配乳化剂制备了丙烯酰胺反相乳液,研究了超重力因子、撞击速度、油水体积比、乳化剂质量分数、复配乳化剂HLB值以及丙烯酰胺单体质量分数对乳液稳定性的影响,并与搅拌式乳化装置进行了对比研究。结果表明:在超重力因子为65.32,撞击速度为12.58 m/s,V(油相)∶V(水相)=1∶1,乳化剂质量占乳液总质量的5%,复配乳化剂HLB值为6.0,丙烯酰胺单体质量占单体水溶液总质量的15%的条件下,所制备乳液平均粒径为664 nm,稳定性系数达0.973;对比研究发现,采用撞击流-旋转填料床制备的乳液稳定性好,粒径小,分散均匀,乳化时间短,为连续化制乳过程。

撞击流反应器脱除硫酸尾气中SO_2的研究

采用钠-钙双碱法在撞击流气液反应器中脱除硫酸尾气中的SO_2,探讨了模拟硫酸尾气中SO_2质量浓度、吸收液Na OH质量分数、液气比和雾化压力等因素对脱硫效率的影响。研究表明:当模拟硫酸尾气中SO_2质量浓度越低、吸收液Na OH质量分数越高、液气比和雾化压力越高时,脱硫率越高。当模拟硫酸尾气中SO_2质量浓度在800—2 400 mg/m^3范围内时,优化得到的脱硫工艺条件为:吸收液Na OH质量分数为2.0%,液气比为0.34—0.36 L/m^3,对应雾化压力为1—1.2 MPa。在此条件下,脱硫率可高于97%,其脱硫后尾气SO_2质量浓度小于100 mg/m^3,远低于GB26132—2010规定的排放标准。

气液逆喷撞击流洗涤器的阻力研究

分析了影响气液两相流体摩擦阻力降的因素,提出了一种利用放大倍数法计算气液逆喷洗涤器摩擦阻力的理论式。利用以空气-水为介质的实验室模型试验结果对模型中系数进行了关联,最终得出了可用于不同流动工况下摩擦压降计算的公式。与中试实验数据进行了对比,结果表明预测值与实验值吻合较好。

撞击流反应器脱除硫酸尾气中SO_2的工业应用

介绍了新颖的撞击流气-液反应器吸收装置的基本结构参数和工艺流程,及在撞击流气-液反应器中采用钠-钙双碱法脱除硫酸尾气中SO_2工艺的工业应用。在撞击流气-液反应器导气管内气速(即撞击速度)为15—18 m/s的条件下,测定了液气比、脱硫介质浓度对脱硫效率的影响及脱硫系统阻力。由结果可知,相对传统脱硫装置,撞击流反应器脱除硫酸尾气中SO_2的工艺具有如下特点:系统阻力小、能耗低、设备投资小,脱硫效率高、运行稳定、操作弹性较大。在液气比为0.3—0.4 L/m^3,吸收液质量分数为1%—2%的条件下,脱除SO_2质量浓度为1 500—2 000 mg/m^3的硫酸尾气,其脱硫效率≥96.0%,SO_2排放质量浓度≤100 mg/m^3。

微通道壁面浸润性对气-液两相流的影响规律研究

通道壁面浸润性对微通道内的气-液两相流具有重要影响。利用等离子体辅助接枝改性,将甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)及1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷接枝在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料表面,得到了10°、40°、70°和110°四种接触角的微通道,并考察了浸润性对流型、气泡长度和压降的影响。结果表明,随接触角增大,气泡截断位置下移,膨胀阶段缩短,挤压阶段变长;低流量时,气泡长度随接触角增加而增大,高流量时则减小;建立了与材料表面水接触角相关的气泡尺寸预测关联式,与Garstecki经典预测关联式相比,预测精度更高;θ<90°时,接触角增加,压降减小;θ>90°时,三相接触线使流动阻力和压降增加。

IS-RPB反应器包覆硅膜纳米TiO_2的表征及过程分析

以纳米TiO2Na2SiO3为实验体系,分析了IS RPB反应器内纳米TiO2颗粒的分散和混合过程以及操作参数对纳米颗粒包覆的影响。利用透射电子显微镜(TEM)对粉体颗粒的团聚进行了观测,红外光谱(FT IR)定性分析了纳米TiO2颗粒表面包覆物结构。实验结果表明,雾化射流对撞和“雾面切割”混合过程中硅酸微核在纳米TiO2颗粒表面沉积,形成表面薄层包覆。但IS RPB反应器的操作参数应控制在一定的范围内,其最佳操作参数为流量60 L/h,转速800 r/min。

水力旋流器流场的数值模拟研究

用计算流体力学软件FLUENT,采用RSM模型对油水分离用水力旋流器的流场进行了数值模拟。模拟结果表明旋流器流场呈Rankine涡的特点,且与他人实验结果吻合较好,说明该湍流模型和算法是可行的;旋流器上游区内流体紊流现象严重,两侧有循环流存在,这都对两相分离不利,应改进结构以改变这种流动形式;另外还对油-水两相流场进行了研究,初步揭示了液-液两相分离的现象,这都为进一步研究旋流器的结构优化提供了参考。

内循环厌氧反应器的气-液-固三相流数值模拟研究

利用计算流体动力学(CFD)方法对内循环厌氧反应器气-液-固三相流进行了三维非稳态数值模拟研究,探索了迭代时间对内循环形成过程的影响,并重点考察了反应器内Z方向上流体力学特性及三相分离器对颗粒的截留作用。结果表明,反应器内液相及固相内循环均成功形成,CFD技术能够很好地应用于IC反应器的研究;且Z方向上,一级反应室及二级反应室内固相及气相体积分率随轴向高度增大变化不大,而在径向上存在较大波动;一级提气管内液相、固相及气相轴向速度均比二级提气管内大,气含率及固含率也较大,一级厌氧反应室起到主要的水处理作用;三相分离器及气液分离器的设计对于反应器效率影响较大。

细乳液法制备MnO_2/PPy复合材料及其电化学性能

以吡咯(Py)、高锰酸钾(KMnO4)等为原料,撞击流-旋转填料床(IS-RPB)为乳化设备,通过细乳液法(W/O)制备了类球形花状结构的MnO_2/PPy复合材料。研究了对甲苯磺酸浓度、高锰酸钾浓度和反应时间对MnO_2/PPy复合材料比容量的影响,并对其电化学性能进行了考察。研究结果表明,细乳液法制备MnO_2/PPy复合材料适宜条件为对甲苯磺酸浓度0.84mol/L、高锰酸钾浓度0.094mol/L及反应时间3.5h。该条件下制备的MnO_2/PPy复合材料比表面积为177.1m^2/g,比容量在0.5A/g时达到231.9F/g。同时,也表明MnO_2与PPy的协同作用有效提高了MnO_2/PPy的比容量和循环稳定性。