液体连续相撞击流强化过程特性及相关技术装备的研发和应用

液体连续相撞击流（LIS）具有高效微观混合、强烈压力波动和促进过程动力学等对分子尺度过程极有价值的性质。本文在浸没循环撞击流反应器（SCISR）中深入研究了这些性质及其规律,进行了反应-沉淀法制取多种“超细”和纳米材料的实验,制得粒径更细小、分布更窄、形貌可控的超细粉体;研发了“无旋立式循环撞击流反应器”等多种基于应用LIS的反应、结晶技术装备并已付诸应用;描述了这些装备的流动结构、工作原理和工业应用情况。     

撞击流强化混合特性及用于制备超细粉体研究进展

撞击流以其强化微观混合的优异特性在化学反应、结晶、制备超细粉体等方面有广泛应用。本文在撞击流技术强化混合特性的基础上对近年来几种撞击流反应器制备超细粉体研究进行了综述。简述了流体流动、受限空间、喷嘴形式及结构、外部激励等因素对浸没循环撞击流反应器、受限撞击流反应器、T形撞击流反应器、微小型撞击流反应器、撞击流-旋转填料床反应器混合性能的影响。从结晶、微观混合时间等角度分析了撞击流微观混合特性对化学反应及制备超细粉体的影响。并与常规反应器及方法对比,从超细粉体的粒度大小、形貌、表面、能量、分散性、电性能及稳定性等方面进行评估。提出一种双层对置撞击流反应器用于工业上大规模制取超细粉体的中试研究,并展望了撞击流技术用于制备超细粉体的前景。     

液体连续相撞击流波动特性的研究进展

90年代中后期,随着人们对撞击流的深入研究,连续相的选择不在拘于气体,逐渐转移到把液体作为撞击流的连续相~([1])。强烈的压力波动和强速度场是液体连续相撞击流的两个波动特性。近十几年来,国内外许多专家学者对液体连续相撞击流的波动特性进行了不同程度地研究。本文对液体连续相撞击流波动特性的相关研究进行了综述。     

撞击流中连续相研究重点的转移

液体和气体性质如密度和黏度等有重大差异，从而显著地影响分别以它们为连续相的撞击流性能。研究发现，液体连续相撞击流(LIS)强化微观混合的性能是撞击流领域研究最重要的进展，因此近十几年来该领域研究的重点明显地转向LIS。通过历史的回顾和连续相性质的比较，阐述这种转移的背景和发展趋势，评价LIS研究的部分成果。     

国内过程强化设备在超细粉体制备中的应用进展

介绍了超重力技术和撞击流技术的原理和特点,并论述了国内旋转填料床反应器和撞击流反应器制备超细粉体的应用进展。     

撞击流反应器撞击面稳定性研究进展

撞击流技术因其良好的混合特性近些年用于强化制备超细粉体反应中的混合过程。撞击面的稳定影响反应器内的混合效果,所以本文对撞击面稳定性的研究进行了综述。撞击流反应器不同结构形式包括平面撞击流、轴对称撞击流和微型撞击流等。文中简述了撞击流稳定性的实验研究手段,分析轴对称撞击流反应器的径向偏转振荡的起止条件和不同喷嘴间距下的轴向偏移振荡规律,并且分析平面撞击流反应器的撞击面偏转周期以及偏转振荡的起止条件。得出轴对称撞击流与平面撞击流撞击面驻点的振荡对混合都有促进作用,并且偏移振荡周期不定,轴对称撞击面偏移振幅与喷嘴间距和雷诺数相关。平面撞击流的偏转振荡周期与进口流速成反比,反应器结构参数是撞击流稳定性的影响因素之一。根据轴对称撞击流偏移振荡对混合的促进作用,本文提出一种新型的预设流量波形双组撞击流反应器。新型撞击流反应器的独特结构克服了物料反应通道单一缺点,通过预设波形控制其进口流量,增大其撞击面偏移振幅,消除撞击面无序振荡,使流动轨迹扩展,扩大混合区域,并设计实验装置与方法讨论动态流量撞击流反应器撞击面稳定性对混合效果的影响。最后,本文对轴对称撞击流反应器的混合性能研究前景进行展望。     

撞击流结晶器中磷酸氢二钠结晶成长速度

液体连续相撞击流具有有效促进微观混合和存在相当强烈的、频率处于亚声波范围的压力波动的特性,可能促进动力学过程。为证实这一推测,在控制无新晶核生成条件下对Na2HPO4.2H2O分别在撞击流和流化床结晶器中的结晶成长速度进行了比较研究。实验数据表明,前者结晶成长速度系数系统地比后者高15%—20%。用Arrhen ius关系回归数据结果显示2种结晶器中测定的表观活化能E数值没有明显区别。这些结果为液体连续相撞击流装置中强烈的微观混合和波动特性促进结晶动力学过程提供了实验证据。     

撞击流-沉淀法制取超细白炭黑中试研究

介绍了以工业级硫酸和工业级水玻璃为原料,利用撞击流反应-沉淀法制取超细白炭黑的中试试验。其反应过程在无旋立式循环撞击流反应器中进行。反应后物料经过陈化、过滤、洗涤,最后通过再浆进行喷雾干燥制得了超细白炭黑。用激光颗粒分析仪和比表面积-孔隙分析仪测定粒径及比表面积,结果表明:产品的平均粒径为2—3μm、比表面积高达822 m2/g,进一步证明了无旋立式循环撞击流反应器性能优越,操作稳定可靠,有利于制备超细粉体材料。     

立式撞击流反应器破碎酵母菌的研究

介绍了自行研制开发的新型立式撞击流反应器破碎酵母菌的方法,并研究了转速、撞击时间和介质用量等因素对酵母菌破碎率的影响。结果表明,采用立式撞击流反应器破碎酵母菌,在转速为1200r.min^-1、撞击时间为7h、介质（细沙）用量为200g时,破碎率可达到75.8%。该方法可望在细胞水力破碎方面获得极有价值的应用,也有利于进一步扩展和深化液体连续相撞击流理论。     

撞击流气液吸收特性及用于甲醇合成应用研究

在二氧化碳.水系统中,采用了压力式喷嘴对撞击流吸收特性进行了研究,结果表明压力式喷嘴压差增大和液体流量增加都能增加气液吸收速率,同时利用增强因子证明了撞击流能够有效地起到增强气液相间吸收速率的作用.对撞击流反应器用于甲醇合成反应进行分析,通过与具有液相合成工业运行实例的浆态鼓泡床进行对比,发现固含率(催化剂含率)低时(<20%),采用浆态鼓泡床或撞击流用于甲醇合成,反应速率为控制步骤;而高固含率时(40%),浆态鼓泡床其控制步骤已经逐渐转变为传质和反应共同控制,甚至为传质控制,而采用撞击流形式化学反应速率仍为其控制步骤.在撞击流反应器内进行甲醇合成反应,从热模实验的角度证实了催化剂浆料多股撞击对甲醇合成催化剂时空产率带来的增强作用.     

高速撞击流法制备超细HMX炸药

利用高速撞击流法在不同的工艺条件下制备了超细HMX颗粒,研究了分散剂和制备工艺条件对HMX粒径的影响。结果表明,利用高速撞击流法可制备出纳米级超细HMX炸药颗粒。     

撞击流混合器微观混合性能的研究

撞击流混合器是一种新型的微观混合器,今研究了T型直流对撞(IS)、锥形对撞(CIS)、直流旋撞(VS)和二次旋流旋撞(TVS)四种结构的撞击流混合器的微观混合性能。然后以Villermauxu/Dushman快速平行竞争反应测定混合器的离集指数Xs,并考察了流体流速、流体流速比和混合器结构对离集指数的影响。混合器混合效果用离集指数来衡量,离集指数越小混合效果越好。结果表明:其余工艺条件相同的情况下,流体流速越大,离集指数Xs愈小;两股流体流速比越小,离集指数Xs愈小;喷嘴进口管道直径越小,离集指数Xs愈小。锥形的比直线形的、旋流比直接撞击流混合效果要好,而且旋流使物料在混合器中的停留时间延长;根据实验数据模拟计算,T形撞击流微混合器的微观混合时间在1 ms数量级;用Fluent 6.2.1商业软件模拟计算了混合器内的流场分布情况,发现模拟计算结果和实验结果基本吻合。     

撞击流粉碎法制备超细二氧化钛粉的研究

本文中利用高速撞击流粉碎技术研究制备出亚微米级超细TiQ_2颗粒。着重探讨了该方法的基本原理以及工艺影响因素中加载压力和处理次数对超细TiQ_2颗粒粒度大小及分布的影响。     

撞击流及其在干燥中的应用

介绍撞击流的基本原理及其对相间传递的显著强化作用，评介已有的研究结果，分析撞击流技术的基本特性，在此基础上评述撞击流在干燥领域中应用的进展、现状和趋势。     

Numerical simulation of flow and mixing behavior of impinging streams of shear-thinning fluids

Due to their high efficiency, impinging streams, which involve the use of two inlet streams that enter the system through two closely spaced inlets along the same axis in opposite directions, have recently found many applications in the chemical and food industry as alternatives to conventional mixing operations. However, there is no prior work that focuses on the flow and mixing behavior of non-Newtonian impinging streams. Numerical simulation was therefore performed to investigate the flow and mixing behavior of steady-state, two-dimensional laminar confined impinging streams of shear-thinning fluids. The coupled heat, mass and momentum balance equations were solved with the finite element method using commercial software FEMLAB™ 3.0. The effects of various parameters, i.e., inlet jet Reynolds number based on the inlet slot width (Re_j) in the range of 10-200 and the flow behavior index of the fluids in the range of 0.6161-1, on the flow and mixing behavior of impinging streams were then investigated. Temperature of the mixing fluid was used as a passive tracer to monitor mixing in this study. The results were also compared and discussed with those of Newtonian impinging streams.     

不对称撞击流的实验研究与数值模拟

采用恒温式热线风速仪(CTA)测量不对称撞击流流场.用CFD软件对流场进行数值模拟,得到了和实验相吻合的结果.结果表明,不对称撞击流轴线上轴向速度除撞击面附近外,基本符合圆射流衰减规律.当喷嘴间距一定时,轴线撞击面驻点偏移量随气速比和喷嘴直径的增大而增大.当气速比一定时,轴线撞击面驻点偏移量随喷嘴间距增大而增大.