一种改进型撞击流反应器的研究

提出了一种进口速度动态变化的撞击流反应器,其撞击面在中心位置波动,增加了颗粒的有效混合区域,可进一步加强相间的传热传质。并采用计算流体动力学对改进型的撞击反应器进行数值模拟,模拟中采用了三角形和抛物线形两种流型,并与传统直线形流型进行对比分析。分析结果表明,改进型的撞击流反应器中颗粒活动区域得到加强,与经典的撞击流反应器相比有明显的优势。     

撞击流-旋转填料床反应器

理论分析和实验研究表明,撞击流-旋转填料床(IS-RPB)反应器的微观混合比传统反应器更加强烈,制备纳米硫酸钡的研究佐证了IS-RPB反应器强化了微观混合特性.除此以外,IS-RPB反应器在结构方面还具有多项胜过传统反应器的优点,是一种极具有应用潜力的新型反应设备.     

浸没循环撞击流反应器中的微观混合

Micromixing in the submerged circulative impinging stream reactor (SCISR) developed by the authors is investigated with the Bourne's reaction scheme. The values measured for the impinging velocity, u0, under the conditions of SCISR normal operation, only is of the order of 0.1m·s-1, are much slower than that inferred, suggesting low power requirement for operation. The values of the characteristic time constant for micromixing, tM, determined in the impinging velocity range of 0.184m·s-1 相似文献   

撞击流反应器内涡特性研究进展

撞击流技术具有良好的混合效果,广泛应用于能源、环保、化工等工程领域。由于撞击流反应器流场内存在大量无序的湍流涡结构,使其具有良好的混合效果。本文基于撞击流的混合原理,详细叙述了撞击流反应器内不同混合尺度下的混合过程以及涡的演变对混合的影响。结合实验和数值模拟等研究结果,阐述了不同类型撞击流反应器和撞击流反应器多相流场涡特性,归纳了撞击流反应器流场涡的特点。论述了撞击流反应器涡的产生和脱落机理。着重对圆柱射流、平板射流和撞击流流场内涡特性的本征正交分解（POD）分析进行总结,利用流场能量的角度揭示涡演化和消散规律。最后,对开发新型撞击流反应器、优化分析方法等研究前景进行展望。     

三股对撞式撞击流反应器微观混合性能研究

采用高速数码相机对三股对撞式撞击流反应器不同入口雷诺数下的流场特征进行了研究,并采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系,考察了不同喷嘴直径下的入口雷诺数、不同溶液体积流量比对离集指数的影响。结果表明:入口雷诺数、溶液体积流量比对离集指数有明显的影响。增大入口雷诺数,三股流体高速撞击破碎成的液滴粒径逐渐减小,液滴雾化程度增加,离集指数减小,微观混合效果增加;增大体积流量比,溶液局部浓度增大,导致混合不均匀,离集指数增大。与传统撞击流反应器相比,三股对撞式撞击流反应器离集指数为传统撞击流反应器的2/5,表现出了较好的微观混合性能,更适用于不等溶液体积流量比的液液快速混合反应。     

撞击流反应器制备纳米铜粉的研究

在浸没循环撞击流反应器(SCISR)中,采用五水硫酸铜为原料,以硼氢化钾为还原剂制备纳米铜粉。确定了制备纳米铜粉的适宜工艺条件是:Cu2+的浓度为0.2 mol/L,硼氢化钾与硫酸铜物质的量比为1∶1,氢氧化钾与硼氢化钾物质的量比为9∶1,反应温度为40℃,反应时间为10 min,2%(质量分数)聚乙烯吡咯烷酮用量为80 mL。采用TEM和XRD对产品进行表征。所得产品呈近似球形,直径20³0 nm;纯度高,其收率高于98%。     

撞击流反应器制备纳米羟基磷灰石

在浸没循环撞击流反应器中,以硝酸钙和磷酸钠为原料、乙酰胺为分散剂,采用水热法合成了纳米羟基磷灰石.探讨了影响产品收率的相关因素,确定较适宜的制备工艺条件如下:钙磷摩尔比1.70、硝酸钙与乙酰胺质量比0.60、反应温度40℃、反应时间80 min.并运用回归分析法求出上述几种因素与收率的数学模型.     

撞击流反应器制取纳米钛酸钡

在撞击流反应器中,以四氯化钛、氯化钡和革酸为原料,采用沉淀法制取纳米钦酸钡.对反应温度、反应时间、加料速度及钦钡比等因素进行了研究,初步确定了适宜的工艺条件.制取的铁酸钡产品经透射电子显微镜测定,适宜工艺条件下平均粒径为60.     

液体连续相撞击流反应器中流体混合时间的数值模拟

在混合时间理论计算基础上利用CFD技术模拟连续操作的LISR混合过程, 数值计算与验证混合时间的变化规律。结果表明, 随着输入比有效功率增大, 混合时间先急剧减小后逐渐趋于平稳;LISR撞击区一次撞击局部混合时间在0.25 s以内, 与经验公式或理论公式计算所得结果在数量级上完全一致, 证明数值方法分析一次撞击局部混合时间是可行的, 而且可以弥补实验无法测定中间过程参量的不足;进一步数值分析宏观混合时间与微观混合时间发现, 二者大小相差1个数量级, 但二者变化规律处于一种联动平衡状态, 该结果与前期理论分析结果一致;本研究所得结论可为后续LISR混合强化机理与性能研究提供定量参考。     

撞击流反应器流场的有限元分析初探

撞击流已被证明是强化相间热质传递最有效的方法之一，作为一种新型的反应器——浸没循环撞击流反应器，在液相和液固相反应极具应用开发潜力。本文用有限元软件ANSYS／FLOTRAN对其三维流场进行模拟和分析。结果表明SCISR流场中各参数关于Y轴完全对称；撞击区速度和压力都较大，撞击区静压高，且在驻点达到最大值。     

Experimental study of flow regimes in three‐dimensional confined impinging jets reactor

Dynamic behaviors in a three‐dimensional confined impinging jets reactor (CIJR) were experimentally studied by a flow visualization technique at 100 ≤ Re ≤ 2000 and 2 ≤ D/d ≤ 12 (where D is the reactor diameter and d is the nozzle diameter). The effects of inlet Reynolds numbers (Re) and geometry configurations of the CIJR on the flow regimes have been investigated by a particle image velocimetry and a high‐speed camera. Results show that with the increasing Re, a segregated flow regime, a radial deflective oscillation, an axial oscillation and a vortex shedding regime emerge in turns in CIJR. A map of parameter space formed by the inlet Reynolds number (Re) and the normalized reactor diameter (D/d) has been presented. The effects of jet instability and confined boundary of the chamber on the flow regimes and their transition are also investigated and discussed. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 60: 3033–3045, 2014     

撞击流反应器用于甲醇合成反应

撞击流反应器用于气液固三相甲醇合成反应可以充分发挥其优良的传热、传质性能。在撞击流反应器内,催化剂浆料经喷嘴雾化后成微米尺度的液滴,气液相间接触面积远大于其他三相合成反应器。考察了温度、压力、气体流量、浆料循环量以及喷嘴个数对甲醇合成反应的影响,结果表明,当压力从3.8 MPa上升到5 MPa时,反应器的时空产率增长了近1倍,气体流量达22.4 L·min^-1后时空产率几乎不再变化,增加浆料循环量以及在同一循环量下采用多喷嘴对置都可以增加催化剂时空产率。同时,与固定床、搅拌釜和浆态鼓泡床甲醇合成进行了对比,结果表明,在低空速下撞击流反应器与其他反应器时空产率相当,而在高空速下要优于其他反应器。     

撞击流反应器处理含苯酚废水的实验研究

以磷酸三丁酯(TBP)为萃取剂,用撞击流反应器对模拟含苯酚废水进行了萃取除酚的研究。在相同条件下,与传统反应器相比,撞击流反应器单级萃取分配比可提高约20%。通过实验得到撞击流反应器适宜的操作条件,在此条件下除酚率在95%以上。     

撞击流反应器制备纳米四氧化三铁的研究

在浸没式循环撞击流反应器中,以氨水为沉淀剂,用七水合硫酸亚铁和六水合三氯化铁为原料,采用共沉淀法制备了纳米四氧化三铁粒子。考察了搅拌转速、亚铁与三价铁物质的量比、反应温度和溶液pH对所得纳米四氧化三铁的分散性和粒径的影响。采用傅里叶红外光谱仪、透射电镜、X射线衍射仪等对制得的纳米粒子的结构和性能进行了表征。结果表明：用撞击流反应器制备纳米四氧化三铁粒子的最佳工艺条件：亚铁与三价铁物质的量比为1 ∶1,反应温度为40 ℃,搅拌转速为1 600 r/min,以氨水作沉淀剂,最佳pH控制在11.0左右。在上述条件下,可以制备出分散性好、纯度高、平均粒径为10 nm的四氧化三铁粒子。     

立式循环撞击流反应器不同撞击间距下混合性能分析

为优化和改进立式循环撞击流反应器的结构布局,提高其混合性能,本文采用Fluent软件对立式循环撞击流反应器在导流筒不同间距结构下的流场进行数值模拟,反应器上下两导流筒的间距D设置为60 mm、80 mm、100 mm、120 mm,反应在3组转速下分别进行w=5 r/s、15 r/s、25 r/s。计算结果表明：在相同转速下,导流筒间距D=80 mm时的特征撞击面上的平均速度最大,说明该结构下对应的传质效果更好;在相同转速下,导流筒间距D=60 mm时撞击面径向速度分布的均方根差σ最大,表明该结构下速度分布的梯度最大,流场剪切混合效果更好。     

撞击流—旋转填料床反应器的微观混合性能研究

采用化学偶合法 ,对撞击流—旋转填料床反应器内微观混合进行了实验研究 ,得到了转速、喷嘴间距、射流速度及浓度等因素对离集指数Xs的影响规律 ,并对其进行了定性的分析。结果表明撞击流—旋转填料床反应器中微观混合能被极大地强化 ,可成为适合快速反应新型反应设备     

Experimental study of oscillation behaviors in confined impinging jets reactor under excitation

Dynamic behaviors in a three‐dimensional confined impinging jets reactor (CIJR) under excitation were experimentally studied by a flow visualization technique at 75 ≤ Re ≤ 150. The effects of inlet Reynolds numbers (Re), excitation frequencies and excitation amplitudes on the oscillation behaviors in CIJR have been investigated by a particle image velocimetry (PIV) and a high‐speed camera. Results indicate that the excitation in the inflow of the opposed jets can induce periodic oscillation of the impingement plane along the axis, whose oscillation frequency is equal to the excitation frequency. At Re ≤ 100, the induced axial oscillation can further cause a deflective oscillation with a frequency nearly equal to the excitation, and the scale of the vortex in the impingement plane is well regulated by the excitation frequency. At Re = 150, the excitation of amplitude less than 20% has insignificant effect on the deflective oscillation existing in CIJR. A semiempirical formula has been proposed to predict the oscillation amplitude of the impingement plane in CIJR under excitation. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 333–341, 2015     

撞击流反应器撞击区流动特性研究

为研究撞击区的流动特性,在有效容积为160 L的撞击流反应器内,以水为介质,饱和KCl溶液为示踪剂,用电导法测定了不同导流筒出口间距和撞击流速下的示踪剂浓度曲线,并通过多釜串联模型拟合得到了撞击区的平均停留时间及模拟釜数。结果表明:导流筒出口间距减小,撞击流速增大,撞击区平均停留时间减小,釜数减小;撞击流速为2.0 m/s时,撞击区内流型接近于全混流。停留时间分布主要受撞击流速的影响,增大流速有利于促进撞击区中的宏观混合。     

撞击流反应器内幂律流体流动特性的数值模拟

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明：幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大,扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,其中L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水,且随质量分数的增大,其扩展率增大,为清水扩展率的1.3~3.3倍,而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082,逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布,表观黏度则呈“W”形分布,流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。