除雾器内雾滴运动特性与除雾效率

利用流体动力学计算方法对湿法脱硫折流板除雾器内气液两相流动进行数值模拟.分析了除雾器叶片间距、板型及流速对不同粒径雾滴的分级除雾效率和总除雾效率的影响,获得了不同粒径雾滴的运动和捕集规律.研究结果表明,粒径小于10 μm的雾滴去除效率随流速增加呈现不规律的波动,随板间距增加而下降的趋势不明显,不受叶片形状变化影响;粒径大于16.3 μm的雾滴去除效率随流速增加而增大,随板间距增加而显著下降;在板间距为38 mm时,梯形板除雾效率大于三角形板,在板间距较小的情况下两种板型的性能相差不大;流速小于3 m·s^-1时,粒径小于20 μm的雾滴的去除对气流均匀性要求较高,气流扰动增加利于小雾滴的碰撞聚并;流速高于3 m·s^-1时,气流扰动增强增加了小雾滴运动的随机性,不利于小雾滴的碰撞聚并.     

微通道内单乙醇胺水溶液吸收CO2/N2混合气的传质特性

采用高速摄像仪对400 μm×400 μm T形微通道内单乙醇胺（MEA）水溶液吸收混合气中CO₂过程的气液两相流及传质特性进行了实验研究,微通道内的压力降采用压力传感器进行测量。考察了弹状流型下气液两相流量及MEA浓度对压力降、比表面积和传质性能的影响。结果表明,当MEA浓度不变,气液两相流量增大时,压力降、比表面积、传质系数、体积传质系数和增强因子均增大,并逐渐趋于恒定。当气液流量不变,MEA浓度增大时,压力降、传质系数、体积传质系数和增强因子增大,但比表面积减小。实验条件下,压力降范围为2.00~5.23 kPa,化学吸收过程的传质系数范围为7.74×10^-4~2.97×10^-3 m·s^-1。对于伴有快速化学反应的传质过程,以Sherwood数、Reynolds数、Schmidt数及增强因子为变量建立了体积传质系数的预测关联式,平均偏差为5.09%,具有良好的预测性能。     

基于临界分流理论的气液两相流均匀分配器

提出了一种新型气液两相流分配器,主要由旋流叶片、整流器、分流喷嘴以及分配腔室组成。通过采用“流型调整”与“临界分流”控制相分离。为研究不同分流比下的分配特征,设计了2喷嘴和4喷嘴两种分配结构。建立了气液两相流数值模型,模拟了气液两相流在分配器内流动特性。在气液两相流实验环道上进行了测试,气相折算速度范围为5.0～25.0 m·s^-1,液相折算速度范围为0.012～0.14 m·s^-1,实验中出现的流型包括波浪流、段塞流以及环状流。结果表明,在临界分流条件下,气液相分流系数主要取决于与侧支管相连通的分流喷嘴数目与总喷嘴数目的比值,不受流型、气液流速等参数波动的影响。对于2喷嘴分配器分流系数接近理论值0.5,对于4喷嘴气液分流系数约为0.25。     

水力喷射空气旋流器中射流流型及其对传质面积和气相压降的影响

为了进一步提高水力喷射空气旋流器（WSA）的传质效率以及认识射旋流体系的气液传质机理,对WSA中的射流流型进行了系统的观察研究,绘制出了不同进口气速下射流流型图。以CO₂-NaOH化学吸收体系测定了相应射流流型下的有效比相界面积a。结果表明,在低射流流速（≤4.42 m·s^-1）下,液相射流随着进口气速增大,主要存在稳态射流、变形旋线射流、破碎旋线射流、雾化旋线射流、贴壁雾化旋线射流5种流型;在高射流流速（≥6.19 m·s^-1）下,射流主要出现稳态射流、破碎旋线射流以及雾化旋线射流3种流型。a值与流型有关,雾化旋线射流下的a值大于其他流型下的对应值。低流速下的贴壁雾化,不利于气液两相充分接触,对应a值较小。a值与射流流速有一定关系,随着射流速度的增大而略有增大,且随着射流流速增大至8.84 m·s^-1以上,增大的幅度变大。     

高含硫气田集输净化管道缓蚀剂预膜稳定性

针对高含硫气田集输净化系统两相湍流流动条件下缓蚀剂预膜稳定性问题,利用高温高压动态循环腐蚀反应釜实验系统,开展高含硫气田典型管流流动条件下缓蚀剂膜稳定性评价研究:当流速在6 m·s^-1以下时,缓蚀剂预膜稳定性较好;当流速超过7.5 m·s^-1后,缓蚀剂预膜开始出现局部破坏;当流速达9 m·s^-1时,缓蚀剂膜在较高的流动剪切应力作用下已完全失效。流体动力学研究表明剪切应力为6.5 N·m^-2时为缓蚀剂膜发生整体破坏的临界点。     

多喷嘴射流式分离器内气固流动特性的数值模拟

基于商用软件Fluent 6.3.26,采用雷诺应力模型及DPM离散相模型并结合理论分析,对基于喷嘴造旋的射流式分离器内两相流动特性进行了模拟计算,得到了较为全面的两相流动规律与细节.结果显示,分离器内部切向速度峰值可达160 m·s^-1,自由涡区的切向速度约为130 m·s^-1,旋流强度明显高于传统旋风单管;沿轴向下,下行流流量逐次减少,其中稳流体顶部下行流降低最为明显,下行流减少致使颗粒卷入内旋流概率增加,分离效果下降;分离器内部局部存在顶部贴壁射流、射流区二次流及灰斗口旋涡流等次级流动;分离器压降约为27.43 kPa,喷嘴区内外旋流能耗分别为4.57 kPa(21.8%)、5.76 kPa(27.6%),稳流体区内外旋流能耗分别为5.85 kPa(27.6%)、4.01 kPa(18.9%);分离器对应的切割粒径较小,约为1.6 μm,极限粒径约为10 μm,符合工业应用要求;基于所建颗粒受力模型及模拟条件下,分离空间可分离的临界粒径为1～2 μm,3 μm及以上颗粒的逃逸浓度小于 0.15 g·m^-3,满足下游烟机对气流的净化要求.     

聚碳酸酯洗涤分离工艺改造

对聚碳酸酯洗涤工艺的油水分离过程进行了实验研究,研究了温度、搅拌速度、油相聚碳酸酯质量分数和水油体积比对分离快慢的影响,得出水油体积比是影响油水分离快慢的关键因素。通过测定乳液电导率的方法得出3种聚碳酸酯乳液由油包水型转变成水包油型的水油体积比,即反应完物料相转变水油体积比为0.5,酸洗和水洗完物料均为0.6,对中试装置采样分析进行了验证。通过间歇沉降实验计算得到反应完物料、酸洗和水洗完物料中油滴的Sauter平均粒径为208、301和330μm。采用斯托克斯自由沉降公式计算出液液分离器大小。为了强化分离,增加了斜板分离构件,并用流体力学软件进行参数优化。设计了3台液液静态分离器加2台离心机工艺,对原有5台离心机中试装置进行了改造,通过了72 h连续运转考察,结果表明新工艺能满足洗涤质量要求,节省了设备费用和操作费用。     

沉淀-微滤组合工艺处理模拟含碘放射性废水

采用实验室规模的沉淀与膜分离组合工艺处理模拟含放射性I-废水,初始I-浓度约为5 mg·L^-1,Na₂SO₃投加量为40 mg·L^-1,CuCl投加量为260 mg·L^-1。分析考察了不同水温条件下的除碘效果及其他水质参数变化情况和两个膜通量4.17×10^-6 m·s^-1和8.33×10^-6 m·s^-1运行条件下的膜污染情况。运行时间均为168 h,处理含碘离子的废水水量为1540 L。两个膜通量在各自运行期间,平均去除率为94.8%,出水水质较稳定,但是出水的Cu（Ⅱ）离子含量较高,需要增加后续除铜工艺;最终膜比通量分别降至初始膜比通量的65.0%和55.0%,膜组件经物理和化学清洗后SF值分别恢复至初始SF值的90.0%和79.0%。反应结束后两次试验的CF（浓缩倍数）平均值为2.02×10³,试验产生的污泥体积较小。     

液-液多相流微萃取的数值模拟和实验分析

运用Comsol软件对带有十字形和圆柱形辅助结构的微通道内两相层流进行了有限元分析。同时，以硫酸铜溶液为水相，被260^#溶剂油稀释30%的DZ988N萃取剂为有机相，并以光滑微通道为参照，开展了相关的液-液萃取实验。当给定流速在(0.5×10^-3) ~(5×10^-3) m/s范围内，圆柱形辅助结构能够促进水相中Cu²⁺的扩散，萃取效率最高，均能达到90%以上；而十字形辅助结构时而促进时而抑制水相中Cu²⁺的扩散，萃取效率不稳定，最高89.8%，最低74.6%。实验中，微通道内的两相为层流，如不考虑化学反应，Cu²⁺的扩散则仅依靠其浓度梯度差，扩散效率可表征萃取效率。有限元计算得到的扩散效率与实验获取的萃取效率值吻合良好，进一步得出了两相流场分布等流动特征，以解释不同辅助结构下的扩散效率差异。     

旋流气液两相强化吸收CO2的传质性能

为强化二氧化碳的吸收过程,采用一类旋流逆向气液多级接触的方式,以NaOH溶液为吸收剂,研究其与大跨度浓度CO₂(2.5%～15%)接触反应的传质性能。分别探讨了吸收剂浓度、吸收剂流量、烟气CO₂浓度、烟气流量及反应温度对气相总体积传质系数(K_ga)的定量影响。结果表明,在实验条件下,其K_ga可达(4.53×10^-5)～(9.22×10^-5)kmol·m^-3·s^-1·kPa^-1。与双级直流喷雾和单级旋流喷雾相比,旋流逆向气液多级接触能够有效强化大跨度浓度CO₂的吸收过程。K_ga随吸收剂浓度、流量和反应温度的增加而增加,随CO₂浓度增加呈现先增加后减小(CO₂浓度大于5%)的非线性关系,随气体流量增加先增加后趋于稳定。     

螺旋迭错式空间全曲面生物填料流场模拟分析

引言 填料是生物膜法装置的核心组成部分,除了提供生物膜生长的环境,还能过滤水中悬浮物.本课题组于2009年开发出了一种具有螺旋迭错式空间全曲面结构的生物填料(专利号:200920256153.7.以下简称空间全曲面填料).其结构如图1所示,由波纹状的三维全曲面结构PVC薄片构成,具有近似圆锥状的孔隙,使水流紊乱,产生许多旋涡.旋涡使浮游物依密度分离,滞留在填料内部的不同位置,其中含有细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等微生物,这些微生物与填料表面结合并大量繁殖,从而形成生物膜(挂膜).大颗粒悬浮物易于被波纹状的孔隙拦截,孔隙率高(根据填料大小在82%～92.4%之间),过滤阻力小,可高效、顺畅地进行过滤.     

倾斜对管内上升泡状流局部界面参数分布的影响

采用双头光纤探针法研究了倾斜对圆管内(I.D.50 mm)上升泡状流界面参数径向分布的影响。探针测量的局部界面参数包括局部空泡份额、界面面积浓度(IAC)和局部气泡通过频率。实验以空气和水为工质,表观速度分别为0.002~0.037 m·s^-1和0.072~0.569 m·s^-1;倾斜角度为5°、15°和30°。结果表明,竖直条件下界面参数呈核峰型、壁峰型、中间型及过渡型4种典型的分布。倾斜条件下大量气泡向上部聚集,界面参数分布不对称。中间宽峰向通道上部倾斜,且峰值随倾斜角度增加而增大。同时,下壁面附近峰值被削弱,甚至消失,上壁面附近峰值迅速增大。界面参数沿直径从r_i/R=-0.84到上半部分峰值处逐渐增加,且增加速率随倾斜角度增加而增大。倾斜条件下Sauter直径明显比竖直条件下大。     

天然气净化用旋风分离器气液分离性能

为了系统评价天然气净化用旋风分离器在含液量低时的气液分离性能,利用滤膜采样称重法和Welas在线测量法测量了旋风分离器在入口气速8～24 m·s^-1、入口液体浓度0.1～2 g·m^-3时的分离效率和粒径分布;对比了相同入口浓度下旋风分离器气液分离性能和气固分离性能的异同。实验结果表明,在入口气速为8～24 m·s^-1、入口液体浓度为0.1～2 g·m^-3时,旋风分离器的气液分离效率随着入口气速和入口液体浓度的增加而增大,而出口粒径分布范围变化很小;与气固分离相比,在相同的入口气速和入口浓度下,旋风分离器的气液分离效率要高2%～6%;另外,气液分离时出口液滴粒径不大于4 μm,而气固分离时出口有大于10 μm固体颗粒存在。     

Phase separation of gas–liquid two‐phase stratified and plug flows in multitube T‐junction separators

Using air and water as the working fluids, phase separation phenomena for stratified and plug flows at inlet were investigated experimentally, at a simple T‐junction and specifically designed multitube T‐junction separators with two or three layers. The results show that for these two flow patterns the separation efficiency of the two phases for any multitube T‐junction separator is much higher than that of the simple T‐junction. Increasing the number of connecting tubes in the multitube T‐junction separator can increase the separation efficiency. Generally, for stratified flow, complete separation of the two phases can be achieved by the two‐layer multitube T‐junction separator with five or more connecting tubes and by the three‐layer separator; increasing the gas flow rate, the liquid flow rate, or the mixture velocity under plug flow is detrimental to phase separation with a drop in peak separation efficiency. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 2285–2292, 2017     

Geschwindigkeitsverteilung und Gasdruckschwankungen in querdurchströmten Behältern

In the process engineering industry tanks with large volumes from 250 to 1000 m³ are often required, which are flowed through by large gas volume flows up to 150 000 m³h^–1. The flow leads to a mean flow velocity from 0.347 – 1.0 m s^–1. The inflow and outflow of the gas have to be done by one or two inlet and outlet pipes with diameter sizes of 1.20 to 2.0 m. Nevertheless, with respect to the chemical or catalytic reaction, a constant flow velocity is required in the tank. This paper shows how gas distribution plates for crosswise flow tanks or catalysts with a differential cross section distribution can be calculated and designed for the flow‐through area, which nearly ensure a constant flow velocity without an increase of the flow resistance.     

提升管与气-固环流床层耦合反应器颗粒相循环比的模型及预测

引言Geldart A类颗粒气-固环流技术是一种利用气-液环流原理,并结合气-固聚式流化体系特点而开发的一种新型流态化技术[1],具有气固接触效率高、传质传热性能好等优点,被广泛用于石油炼制领域中的催化裂化汽提器、提升管出口粗旋快分的预汽提器、外取热器、石油焦燃烧器和降烯烃反应器等装备中[2]。     

曝气生物滤池同步除铁锰和氨氮

在实验室条件下,采用双层陶粒滤料曝气生物滤池工艺,以受氨氮污染的原生铁锰地下水作为研究对象,研究了模拟微污染地下水中铁、锰和氨氮的去除,分析了滤速变化对滤池中铁、锰和氨氮同步去除的影响及铁、锰和氨氮浓度沿滤层深度的变化。结果发现当滤速突然增加时,滤池经过2～3 d的培养后,出水铁、锰和氨氮均可达标;当滤速由0.74 m·h^-1逐渐增加到3 m·h^-1时,水中铁与氨氮的浓度一般都在滤层深度0.75 m处即可达标,但锰浓度达标的滤层深度却由0.75 m增加到1.60 m。     

十字型微通道制备粒径均一的纤维素层析介质

为了满足层析介质对粒径单分散的要求,利用十字型微通道的聚焦效应,形成粒径均一的纤维素微液滴,经固化成纤维素微球,再偶联配基制成了纤维素层析介质。以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸直接溶解微晶纤维素为水相,葵花籽油为油相,考察了微通道内微液滴的形成条件,优化了纤维素浓度、分散剂浓度、油水两相流速等因素,得到粒径约100 μm的纤维素微液滴,CV值小于0.2。微液滴固化再生,得到球形度良好的纤维素微球,湿真密度1.019 g·ml^-1,孔度94.6%,体均粒径105.5 μm;进一步偶联DEAE配基,制得了离子交换层析介质,离子交换容量为123.3 μmol·g^-1,牛血清白蛋白的饱和吸附容量Q_m达到220 mg·g^-1,有效扩散系数D_e为1.8×10^-11m²·s^-1,体现出较好的蛋白质吸附性能。     

The downhole hydrocyclone separator for purifying natural gas hydrate:structure design,optimization, and performance

ABSTRACT

The exploitation efficiency of natural gas hydrate is highly affected by sand production. In this paper, hydrocyclone purification separator was designed. A combination of single factor with computational fluid dynamics (CFD) was used to optimize the structure parameters. The performance of optimized hydrocyclone was also investigated. It shows that the sand separation efficiency increases from 90.4% to 98.7%, and the natural gas hydrate separation efficiency increases from 89.5% to 97.8%. Furthermore, the cut size of sand and natural gas hydrate are as low as 3 and 2 µm, respectively, and separation efficiency remains above 80% under inlet parameters. It can provide some reference for the design and manufacture of the in situ purification separator for gas hydrate mixture slurry.     

基于模拟循环冷却装置的微生物污垢形成的影响因素

从松花江水中分离出黏液形成菌N1,形态学及生理生化指标鉴定其为微球菌属。利用污垢形成动态模拟实验装置,进行污垢热阻在线监测及传热特性分析,结果表明：在恒定工况下［水温30℃,流速0.4 m·s^-1,微生物浓度（7.0×10⁶）～（2.2×10¹⁰）cfu·ml^-1］,不锈钢管的微生物污垢诱导期为57 h相似文献