气液交叉流系统除尘效率分析及其数值模拟

对采用以水为介质吸收含尘气体中颗粒物的气液交叉流系统(GLCA)进行实验研究,考察了气速、液柱排布方式、粒径等因素对脱除率的影响。结果表明,随着液柱比表面积和颗粒粒径的增加,脱除率逐渐上升;在实验条件下气速对脱除率影响较小。在最优液柱排布方式下,经过162单元液柱排后,粒径为0.2、1、10μm的颗粒分别取得了37.3%、43.9%、99%的脱除率。给出了用于外推计算分级效率和压降随单元液柱排数变化的公式,当粒径为0.4μm的颗粒预测脱除率达到95%时系统的总压降不超过300 Pa。采用大涡模型对最优工况进行数值模拟,模拟结果与实验数据吻合良好,以此验证了所给脱除率计算公式。     

湍动扩散及温度场耦合下气液交叉流脱除PM_(2.5)的数值研究

采用随机轨道模型对湍动扩散及温度场耦合下的气液交叉流系统进行了数值模拟,考察了气液相温差、气速、粒径等因素对除尘效率的影响。结果表明,热泳作用对脱除率的影响较小。对10排45根错列排布的液柱群,当气液相温差由0℃变化到50℃时,脱除率由15.11%增加到了15.50%;惯性碰撞和湍流扩散为颗粒被脱除的主要因素,降低气相速度可使脱除率增加。当气速从0.5 m·s~(-1)到1.0m·s~(-1)时,脱除率从21.75%减小到15.11%。     

气液交叉流脱除亚微米级颗粒物的研究

亚微米级颗粒是化学工业尾气排放物的重要组成,其脱除效率是影响排放指标进一步提高的关键。基于颗粒捕获机理,建立了气液交叉流系统脱除效率的理论模型,并对该系统脱除亚微米级颗粒的特性进行了理论分析和实验研究。实验结果表明,低气速、高液柱群比表面积、高气液相温差有利于提升系统的脱除效率。粒径0.05~0.6μm,脱除效率随粒径的增大呈现先降低后增加的趋势,与理论值趋势一致,表明系统中同时存在惯性碰撞、拦截、布朗运动等三种脱除机理。相对于理论值,实验脱除率整体偏大,表明颗粒在高湿环境中易凝并,有助于颗粒在碰撞和拦截作用下的脱除。由实验数据外推,研究条件下,液柱单元排数为1300时,亚微米级颗粒质量脱除效率预计可达90%。     

气固两相流穿越液池过程颗粒运动及分布特性

为了揭示气固两相流穿越液池过程中的气液固三相流动特性,建立了气液固三相实验平台和基于Euler-Lagrange框架下的数值模拟平台,对该过程中的气液固三相流动过程及颗粒运动分布规律进行研究。获得了5～15 μm、80～110 μm和380～530 μm 3种典型粒径颗粒在三相体系中的微观运动过程及其分布规律。实验与数值模拟结果均能反映出一致的客观规律。研究发现,颗粒浓度沿液池高度方向和径向均呈现多峰分布特征;5～15 μm粒径颗粒更易跟随气体一起穿越液池,其在液池内的浓度分布较为均匀;380～530 μm粒径颗粒与气体的跟随性较差,其浓度峰值主要集中在液池底部。随着下降管出口静态浸没深度的增加,液池内颗粒浓度分布趋于平缓。     

多场耦合作用脱除PM2.5的数值模拟与实验研究

气液间传热传质推动力是PM2.5脱除的关键因素。基于欧拉-拉格朗日模型,考虑热泳力、扩散泳力影响,对流场、温度场和浓度场耦合作用下液膜捕集颗粒过程进行模拟。模拟结果表明:水蒸气浓度差对PM2.5脱除作用明显,当颗粒粒径d_p=1μm时,在水温20℃,气体入口温度60℃,气体入口相对湿度由0.575提高到0.757时,20排液膜柱阵列颗粒脱除总效率提高了35.1%。最后通过含尘气体横掠液膜柱阵列除尘实验验证了模拟结果的准确性。     

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A_r=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A_r=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。     

气液交叉流阵列除湿与PM2.5脱除耦合研究

针对工业尾气高湿度、PM2.5难去除特性,提出废气-废水多相交叉流阵列脱除PM2.5的新方法,尾气横掠液膜柱阵列,蒸汽发生冷凝带动PM2.5向气液界面运动。使所有液膜柱阵列成为独立脱湿除PM2.5分离单元并组成串-并联结构,对分离单元建立水蒸气和PM2.5颗粒传质微分方程,颗粒的脱除速度正比于水蒸气传质通量,得出尾气冷凝脱湿、除PM2.5效率。理论分析表明,PM2.5颗粒脱除效率正比于水蒸气脱除量,对交叉流阵列入口尾气T=100℃、H=0.626kg/kg,气液界面Tw=20℃,100排交叉流阵列组成的串-并联结构液膜柱群湿度脱除、PM2.5脱除效率分别为96%、70%。对20(列)×100(排)交叉流阵列进行实验,实验值略大于理论值。     

环流预汽提组合旋流快分系统粒级效率的三区计算模型

在大型提升管冷模实验装置上,系统地考查了带有环流预汽提的旋流快分(CVQS)系统的气相流场和粒级效率。结果表明,随着旋流快分系统喷出口气速的增加,粒径小于7 μm颗粒的粒级效率的变化较小,7～20 μm颗粒的粒级效率逐渐变小,而超过20 μm颗粒的粒级效率则逐渐增大。根据CVQS快分系统的气固分离原理和结构特点,建立了计算CVQS系统粒级效率的三区模型。计算结果表明,在颗粒粒径大于20 μm时,模型预测的粒级效率与实验值吻合较好,其最大相对偏差不超过6.1%;在颗粒粒径小于20 μm时,模型计算的粒级效率与实验值相差较大,其相对偏差在45.7%～80.3%之间变化,并且随着颗粒粒径的减小,其相对偏差逐渐增加。模型对于主要用于分离20 μm以上颗粒的CVQS系统的工程设计,具有重要参考价值。     

三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

浆态床内固含率轴向分布的数值模拟

采用DBS曳力模型计算气液相间作用,分别采用Gidaspow曳力模型、经Brucato修正的Gidaspow曳力模型和Schiller?Naumann曳力模型计算液固相间作用,忽略气固间的直接作用,对比了浆态床内不同颗粒粒径体系轴向固含率的模拟和实验结果. 结果表明,不同液固相间曳力模型对气含率的预测影响不大;在颗粒粒径较大(140 ?m)的体系中,较低表观气速下气液DBS与液固Schiller?Naumann曳力模型组合模拟的固含率随床高度增加而减小,与实验结果吻合,而其它曳力模型组合的模拟结果较差,轴向分布较均匀;在颗粒粒径较小(35 ?m)的体系中,几种曳力模型组合的模拟结果均与实验结果吻合较好,轴向分布较均匀.     

内联式脱液器分离性能的实验研究

以空气-纯净水为实验介质,采用称重法和控制变量法对自制的内联式脱液器的脱液性能进行了实验研究,分析了入口流速和含液量对分离效率及压力损失的影响. 结果表明,在入口流速不变的条件下,分离效率随含液量增加而增大,含液量超过一定值后,随含液量增加而下降,该定值随速度增加而增大;含液量对压力损失影响不大. 分离效率和压力损失均随入口流速增大而增加,液滴粒径为50~80 mm、入口流速从14 m/s增加到22 m/s时,气液分离效率从39.17%增加到77.85%,压力损失从2200 Pa增加到3400 Pa. 所设计的内联式脱液器脱液效果良好.     

多效旋风分离器性能的实验研究

多效旋风分离器通过采用2级螺旋管预分离含尘气体、螺旋形顶盖板导流、筒体中心稳流锥稳流和吸气回流系统防止粉尘返混等措施,解决了在旋风流场中分离微米及亚微米级颗粒的难题。文中通过实验研究了直径为0.25 m的多效旋风分离器的压降、分离效率和进口风速的关系,实验物料粒径范围为0.1—23μm,平均粒径为7.59μm。结果表明:在10—14 m/s入口风速时,对0.1—3μm颗粒的分离效率大于90%,对大于5μm颗粒的分离效率接近100%,压降在500—1 000 Pa。风速大于16 m/s时,对0.1—2μm颗粒的分离效率大于75%。     

Mechanism of micro-particle motion across falling liquid cylinder for PM2.5 separation (Ⅱ)Efficiency of PM2.5 separation from heavy-duty diesel exhausts

根据（Ⅰ）报提出的液柱交叉流PM_2.5颗粒附面运动与吸收机理及模型计算方法,设计了以钻井废水吸收钻井柴油机尾气PM_2.5的液柱交叉流吸收现场试验装置。吸收器具有高温绝热蒸发与低温绝热冷凝两个操作空间,柴油机尾气通过绝热蒸发空间降温增湿,携带水蒸气到绝热冷凝空间通过扩散在液柱表面冷凝,形成热泳和扩散双重强化PM_2.5吸收分离机制。模型计算显示该机制下0.01～1.0 μm范围内颗粒粒径与分离效率关系不显著,设计工况下单液柱分离效率1.17%～1.36%。由200排三角形布置的液柱构成的吸收器总体分离效率90%～93%。该过程可同时蒸发废水461.2 kg·h^-1。但颗粒分离效率随蒸发负荷及液柱温度的上升而降低,温升10℃、单液柱分离效率降低60%。现场模型试验装置监测数据与本文模型计算总分离效率基本接近。     

Separation of Submicron Particles in Packed Columns – Optimization and Scale-up of the Process

Particle enlargement by heterogeneous condensation and – based on it – separation of submicron particles in packed columns of technical scale are investigated. The activation of submicron particles and droplet growth by heterogeneous condensation is briefly described. Calculations of the droplet growth are performed and compared with experimental results. The enlargement and the separation of submicron particles by cascading packed columns trickled with water which is alternately colder or warmer than the gas is experimentally studied in a technical scale pilot plant consisting of three packed columns with a diameter of 300 mm. Droplet size distributions are measured by means of an optical particle sizer at the outlet of the columns. In order to optimize the separation process, the influence of different parameters on the separation of the submicron particles is investigated. These are the gas and the water temperature, the gas and the water flow rate, and the particle concentration. Moreover, the supersaturation of the air stream in the column is calculated by means of a rate-based nonequilibrium process model as a function of different parameters.     

两级组合式除雾器的分离性能分析

为研究两级组合式除雾器的分离性能，对两级旋流式、组合式、两级折流式3种除雾器进行性能分析。通过数值模拟方法分析除雾器内部流场差异，通过搭建实验平台，利用高速摄影技术并结合除雾器流场分布分析液滴在除雾器内部运动行为，进而从压降损失、分离效率、出口液滴粒径等方面开展除雾器分离性能的实验研究。结果表明：液滴在折流板内主要靠撞击叶片累积形成液膜而被捕集，在旋流板内沿叶片边缘滑动，以接近叶片倾角角度向壁面运动形成液膜被捕集；随入口截面速度增加，3种除雾器压降均逐渐增大，差值不断增加，两级旋流式除雾器压降最高；当入口截面速度低于5.7m/s时，两级旋流式、组合式除雾器分离效率均接近100%，同时组合式除雾器出口液滴中位粒径始终低于入口液滴中位粒径，并小于其余两种形式除雾器，对小粒径液滴分离能力显著；当液相流量从6.2m³/h逐步增加至13.7m³/h，3种形式的除雾器分离效率随液相流量增加呈下降趋势，其中两级旋流式除雾器在高气速、高液相流量下适应性最强，同时3种除雾器出口液滴中位粒径总体呈现下降趋势，其中组合式除雾器出口液滴中位粒径仍居于最低水平。     

Separation of parent homopolymers from diblock copolymers by liquid chromatography under limiting conditions of desorption 3. Role of column packing

The novel separation method, liquid chromatography under limiting conditions of desorption, LC LCD enables rapid one-step discrimination of both parent homopolymers from diblock copolymers. The low-molecular admixtures/impurities can be base-line separated, as well. The general rules for selection of the LC LCD columns are reviewed. Bare silica gel column packings are discussed in detail. Selected examples of separation are presented. They demonstrate that the principle of LC LCD separation is not affected by the particle size and initial purity of bare silica gel column packing nor by its effective pore diameter and volume. However, appropriate choice of the packing pore size facilitates base-line separation of particular sample constituents. Important may be the column history; columns saturated with previously adsorbed polymers may lose their performance. Up to a certain limit, success of the LC LCD separation does not depend on the column efficiency and reasonable results can be obtained even with the columns packed with rather big particles. This indicates possibility of the large-scale preparative applications and feasibility of the high-speed LC LCD separations.     

新型入口对石膏旋流器工作性能的影响

针对火电厂石膏旋流器分级效果不理想的问题,设计具有分离块和隔板的新型入口,以改善石膏旋流器的工作性能。采用Fluent软件,应用Reynolds应力模型(RSM)与离散相模型(DPM)模拟新型入口中不同粒度颗粒的运动情况,模拟结果表明:随颗粒粒径增大,颗粒的运动半径与运动距离均增大,不同粒径颗粒在新型入口内能实现初步分级。对普通入口与新型入口石膏旋流器分别进行性能实验,获得不同工况下生产能力、出流浆液密度以及旋流器分级效率等指标参数,经比较可知,采用新型入口后,石膏旋流器底流质量浓度明显增大,10～30 μm石膏颗粒的分级效率有显著提高,最大增幅可达15%,同时,6 μm以下石膏颗粒的底流夹细现象也有一定程度的改善,但由于入口段流动阻力增大,生产能力略有下降。     

Effect of microbubbles and particle size on the particle collection in the column flotation

Particle-bubble collection characteristics from microbubble behavior in column flotation have been studied theoretically and experimentally. A flotation model taking into account particle collection has been developed by particle-bubble collision followed by the particle sliding over the bubble during which attachment may occur. Bubble size and bubble swarm velocity were measured as a function of frother dosage and superficial gas velocity to estimate the collision and collection efficiency. Separation tests were carried out to compare with theoretical particle recovery. Fly ash particles in the size range of <38, 38-75, 75-125, >125 mm were used as separation test particles. Theoretical collision and collection efficiencies were estimated by experimental data on the bubble behavior such as bubble size, gas holdup and bubble swarm velocity. Collection efficiency improved with an increase of the bubble size and particle size but decreased in the particle size up to 52 mm. Also, flotation rate constants were estimated to predict the optimum separation condition. From the theoretical results on the flotation rate constant, optimum separation condition was estimated as bubble size of 0.3-0.4 mm and superficial gas velocity of 1.5-2.0 cm/s. A decrease of bubble size improved the collection efficiency but did not improve particle recovery.     

高湿黏性颗粒在聚四氟乙烯微孔膜滤料表面沉积特性的数值模拟

基于聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜滤料扫描电镜(SEM)图像，建立PTFE微孔膜滤料微观结构模型，采用计算流体力学和离散单元法(CFD?DEM)耦合的方法对黏性颗粒在微孔膜滤料表面沉积特性进行模拟，引入液桥力模型，忽略范德华力的作用，统计计算域内颗粒的受力情况，分析了不同表面能条件下3~6 ?m粒径颗粒在微孔膜滤料表面的沉积特性，将模拟结果与黏附效率的经验公式进行对比。结果表明，黏附效率与经验值、颗粒受力与液桥力模型的相对误差均在6%以内，CFD?DEM耦合计算方法可用于模拟不同环境湿度条件下的颗粒沉积；过滤风速、粒径与黏性是影响沉积形态的重要因素，提高过滤风速及增大颗粒粒径与黏性，颗粒更易在滤料表面形成稳定的树突结构，黏附效率及含尘压降增加。环境相对湿度影响两物体间液桥体积，接触力影响颗粒沉积，当增加表面能与液桥体积时，接触力及液桥力均相应增加，根据受力平衡原理，环境相对湿度对颗粒沉积影响很大。