撞击流除尘技术研究

设计开发了撞击流除尘器,对撞击区中假定为球形的颗粒进行受力分析。根据牛顿第二定律建立颗粒受力平衡方程,推导出除尘临界气速ua,t函数关系式和撞击区宽度l应满足条件。选用自行设计的磷矿粉回收试验装置,对除尘效率与加速管空气速度及粉尘质量浓度间关系进行试验研究,结果表明在加速管空气速度在5～15m/s低速度范围内,最优除尘气速大约为10m/s,除尘效率可达99%;在15～30m/s范围内,该气速约为23m/s,除尘效率也在96%以上;粉尘质量浓度为0.8kg/m3时,除尘效率最高,表明撞击流除尘器适合处理含尘质量浓度较高的物料。     

两亲二氧化硅纳米颗粒的制备及性能研究

通过Pickering乳液模板法对硅烷化的SiO_2纳米颗粒的部分表面进行氟化改性,制备出两亲SiO_2纳米颗粒,并研究其在气/液表面上的自组装行为和泡沫性能。采用粒径分析仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、表面张力仪、扫描电镜(SEM)和动态泡沫分析仪对两亲SiO_2纳米颗粒的粒径分布、化学组成、界面活性、石蜡乳滴的表面形貌和泡沫性能进行分析表征。结果表明:采用Stber方法合成的SiO_2纳米颗粒的平均粒径为104 nm;氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)处理后的SiO_2纳米颗粒在石蜡乳滴上排列的更加紧密有序,提高了改性效率;当两亲SiO_2纳米颗粒浓度达到0.6%时,两亲SiO_2纳米颗粒在界面上的吸附达到饱和,此时表面张力平衡值下降到32.7 m N/m,展现出良好的界面活性;泡沫性能测试结果表明,两亲颗粒有效地抑制了气泡合并、歧化作用和液膜排液,制备的泡沫具有良好的稳定性。     

气液逆喷洗涤器除尘性能的实验研究

在冷模实验装置上考察了气液逆喷洗涤器的除尘效率,研究了液气体积比、洗涤液喷头入口压力及进口粉尘质量浓度对除尘效率的影响。结果表明,除尘效率随液气体积比、洗涤液入口压力和进口粉尘质量浓度的增加而增大;在液气体积比大于6 L/m3时,气液逆喷洗涤器的除尘效率便可达99%以上;对于1—5μm的可吸入颗粒,其粒级效率大于97.5%;对5μm以上粒子,粒级效率则为100%。对洗涤器粒级除尘效率的理论计算显示,计算值与实验测量值吻合较好。文中的计算可用于气液逆喷洗涤器的性能预估。     

G-LISR不同气相入口流速对流场特性的影响

为了提高气液撞击流反应器(G-LISR)的混合性能,找到合适气相入口速度的操作参数,采用ANSYS Workbench中的Geometry模块,基于欧拉·拉格朗日法建立G-LISR气液两相流动数学模型。在加速管对置距离为400mm,液相入口速度为5m/s,三种不同的气相入口速度(10,15,20m/s)条件下,用数值模拟软件Fluent分析模拟出了不同气相入口流速下反应器内流场的分布特征。模拟结果表明:随着气相入口初始流速的增大,反应器内湍流强度有所增加,在压力波动最为剧烈的撞击面中心点处,压力急剧增大。增大气相初始流速,将降低反应器中的液滴的浓度分布,减少了液相在反应器中的停留时间。从能量损耗和气液两相在反应器中的混合效果来看,气相初始流速不宜过大,10m/s为较佳。     

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。     

电沉积制备Zn-Ni合金及其耐蚀性的研究

研究了镀液组分对Zn-Ni合金的电沉积过程、成分、耐蚀性和表面形貌的影响。研究表明:电沉积Zn-Ni合金属于一种典型的异常共沉积现象。镀液中的Zn2+会阻碍Ni 2+的放电过程,使得合金中Ni的质量分数降低。通过增加镀液中Ni 2+的浓度,可以有效增大Zn-Ni合金中Ni的质量分数。含Ni 17%的Zn-Ni合金具有最佳的耐蚀性。合金中Ni的质量分数的增大,有利于细化颗粒,降低表面粗糙度。     

两亲性SiO2/APTES/PFOA纳米颗粒的制备及其界面性能研究

基于界面保护修饰法,制备了一侧为亲水的氨基(—NH2)、另一侧为疏水的氟碳链的两亲性纳米颗粒SiO2/APTES/PFOA。采用红外光谱仪、激光共聚焦显微镜、表面张力仪、动态泡沫分析仪和扫描电镜对两亲性颗粒的化学组成、表面结构、表面活性、泡沫性能和石蜡微球的表面形貌进行分析表征。结果表明,随着氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)浓度的提高,SiO2/APTES改性颗粒在石蜡液滴表面吸附得更紧密,对应制备的两亲性颗粒具有更高的表面活性。两亲性颗粒分散液的浓度为0. 6%时其表面张力为33. 7 m N/m,具备优良的表面活性。当浓度达到0. 4%时,两亲性颗粒能够有效抑制气泡的破裂和液膜排液,制备的泡沫具有极好的稳定性。     

基于浓度/速度场测量的吸收过程液相传质系数

针对矩形流道内气、液流体的并流吸收传质过程,分别应用实时激光全息干涉术和激光多普勒速度仪对不同气、液流速下液相内近界面浓度分布与速度分布进行了实验观测.结果表明,边界层内浓度分布呈指数下降,流速越大梯度越陡,且速度边界层厚度要大于浓度边界层厚度.建立了通过物料衡算求算液相传质系数的方法.得到了不同条件下平均液相传质系数,并与Whiteman’s双膜理论的计算结果进行了比较.     

CdS/Cd纳米薄膜的制备及表征

以等摩尔比的氯化镉与硫代乙酰胺混合溶液为电解液,应用电沉积技术,当电解液表面不铺展表面活性剂时,采用直径为300μm的铂电极于气／液界面制备了黄色CdS／Cd薄膜;在表面活性剂存在的情况下,采用直径300μm的铂阳极,直径30μm铂阴极在低浓度氯化镉与硫代乙酰胺混合溶液与表面活性剂的液／液界面上制备了CdS／Cd混合纳米薄膜。研究了电解液浓度、酸碱度、温度、电压、表面活性剂类型及用量等对纳米薄膜晶粒粒径的影响,确定了制备纳米薄膜的最佳工艺条件。由原子力显微镜观察发现。在最佳工艺条件制备的纳米膜粒径可达22nm,在没铺展表面活性剂情况下制得的黄色薄膜粒径大于100nm。两种情况下制得的薄膜XPS图谱表明薄膜含有镉和硫化镉,单质镉和硫化镉的mol比近似2：1。通过XRD对最佳工艺制备的纳米膜进行结构分析表明纳米膜由单质镉和硫化镉混合晶构成。     

新型碳化塔的开发

研究了新型碳化塔的各种性能，包括塔段的总压降、塔段的平均气含率、塔段内液相的循环速度、塔段的传质效率及液相中ＮａＨＣ＿３颗粒的沉积状况。     

气液降膜流动中液相速度波动及其传质研究

为了研究降膜流动的动力学性质及其对气液传质过程的影响,在气液逆流的不同气液流动条件下采用激光多普勒(1aser Doppler anemometer,简称LDA)测量了降膜流动的液相速度分布和瞬时速度波动.和以往假定液膜外侧为自由表面,液膜表面处剪切力为零的Nusselt模型进行了比较,LDA测量结果表明气液逆流时降膜流动的最大液相速度出现在液膜表面之内,并且是以近界面区域的速度波动为特征的流动.在相同的降膜装置中进行了乙醇稀溶液的解吸实验,液相传质系数的实验测量值是渗透理论预测值的1～2倍.实验结果表明液相界面区域的速度波动加快了气液界面的表面更新速率,减小了传质阻力,强化了气液界面的传质过程.考虑液膜波动特征对气液接触情况的影响,从气液两相接触时间的角度出发,修正了渗透理论对液相平均传质系数的预测,预测结果和实验结果相吻合.     

硫酸盐镀液中紫铜电沉积Ni-Co/WC复合镀层的工艺条件优化

在硫酸盐镀液中加入纳米WC颗粒,通过电沉积在紫铜表面制备了Ni-Co/WC复合镀层.采用单因素分析法考察了镀液中纳米颗粒浓度、温度、阴极电流密度和搅拌速度对复合镀层硬度的影响,确定了电沉积Ni-Co/WC复合镀层的最佳工艺条件为:镀液中纳米颗粒浓度11 g/L、温度60℃、阴极电流密度5 A/dm2、搅拌速度450 r...     

镀液流速对碳化硅微粒与铜共沉积的影响

本文利用易于控制流速的旋转圆盘电极研究了SiC微粒与Cu的共沉积。得出了在不同镀液流动速度下镀得的复合镀层中微粒含量与镀液中微粒浓度以及与电流密度之间的关系曲线,进而探讨了镀液流速对Cu-SiC共沉积的影响。镀液流速通过影响微粒与阴极之间的弱吸附影响微粒在阴极表面的停留,从而对Cu-SiC复合电沉积过程产生很大影响。     

高湿黏性颗粒在PTFE滤料表面的沉积规律研究

过滤过程中颗粒物在滤料上的沉积形貌对除尘器过滤性能及清灰频率的确定至关重要。为深入了解颗粒物在聚四氟乙烯(PTFE)滤料表面的沉积规律，搭建了一套过滤实验系统，基于该实验系统对比了过滤时间、粉尘浓度、过滤风速和含水率对颗粒单位面积沉积质量及粉尘层平均厚度的影响，探究了两种沉积速率的适用性及高湿黏性颗粒的黏附效率，并推导了不同含水率粉尘层的厚度分布模型。通过建立沉积粉尘层内部颗粒间的受力模型，对颗粒的受力运动情况进行分析，后续沉积颗粒自身重力对先前沉积颗粒的压缩作用不可忽略，颗粒的运动趋势由上层粉尘层重力、气流对颗粒的曳力及颗粒间黏附力共同决定。实验结果表明，高湿粉尘较干燥粉尘单位面积沉积质量有所降低，随着粉尘含水率增大，粉尘层平均厚度和单位面积沉积质量呈先减小后增大的趋势；高湿粉尘的沉积受颗粒间黏附力大小的影响，粉尘含水率为10%时质量沉积速率和黏附效率最小；粉尘含水率为9%和13%时粉尘层均匀性较干燥粉尘层下降，当高湿颗粒间的黏附力可以抵抗上层重力的压缩作用时颗粒滑动减少，粉尘层结构均匀。含水率为10%～12%时粉尘层均匀性稳定，且含水率为10%时最佳。     

多层喷雾洗涤塔对粉尘颗粒的脱除特性

通过搭建多层喷雾洗涤塔实验台,研究了液气体积比、塔内气体平均流速、粉尘浓度、喷雾压力等操作参数对除尘效率的影响规律。研究结果表明:洗涤塔内喷雾层数对除尘效率的影响最为显著,与传统的单层相比,除尘效率可以提高15%以上,并且入口粉尘浓度的变化对其除尘效率的影响较小。增大喷雾压力可以有效提升除尘效率,当喷雾压力为0.5~0.6MPa时除尘效率变化趋于稳定。在相同操作参数下,适当降低气体在塔内平均流速有利于提高洗涤塔的除尘效率,对于三层喷雾洗涤,最佳的气体塔内平均流速为0.6~0.8m/s。当喷雾压力为0.6MPa、塔内气体平均气速为0.6m/s、液气体积比为5.27的条件下,三层喷雾除尘的效率可以达到98.3%。     

气-液两相降膜流动及传质过程的CFD研究

利用VOF法建立了考虑表面张力动量源项、气液相间摩擦力动量源项以及相问传质源项的CFD计算模型,定量描述了气．液两相逆流降膜传质过程。根据CFD模型,计算了不同液相进口浓度和不同气相流量条件下,异丙醇稀溶液的解吸过程,模拟得到的液相出口浓度与实验数据吻合很好。相界面处的浓度分布表明。随自由表面波动,界面浓度会发生剧烈脉动。液相总传质系数增强因子R的实验值与CFD模拟均表明,即使在很小的传质推动力下R也大于1。由于CFD模型不考虑Rayleigh-Benard-Maragoni效应,则这种现象,可解释为界面波动对传质增强的结果。这也证明增强界面波动是一种强化传质分离过程的有效途径。     

两侧及轴向进料同向流水平撞击流反应器研究

以空气-水,空气-CMC(羧甲基纤维素)水溶液为体系,采用脉冲示踪和稳态微压差法测量了相关数据,研究了两侧及轴向进料同向流水平撞击流管式反应器中表观液速UL、气体喷出速度Ug、及液体粘度m在撞击流和非撞击流下对器内平均气含率eg的影响。得到了当气体喷速为170m·s-1,管内表观液速为0.6m·s-1时,气含率eg较大, 液相分散显著,使气液接触面增大的结果。实验测得了UL、Ug、液体的粘度 m 及撞击混合前后的压差Δh和混合时间t;将其关联后提出了在上述条件下该水平撞击流管式反应器平均气含率eg的关联式: 74.1573.0g56.1Lg1058.0-=meUU 以湿法磷酸(含P2O5 22%)-氨体系进行热态试验,结果表明:气氨喷速为170m·s-1、且磷酸进料流速为3.3m·s-1,管内物料表观流速为0.6m·s-1时,反应器内氨负荷较大、混合情况好、反应较彻底,而且氨逸出率最低。     

T型微通道内弹状流流动特性

以空气为气相介质和不同表面张力的液体(纯水、0.01%SDS溶液、0.50%SDS溶液、乙醇)为液相介质,对矩形截面为100μm×800μm的T型微通道内的气液弹状流进行了相分离可视化实验。实验结果表明:气相表观速度一定时,液相采出分率随着液体表观速度的增加而减小;液体表观速度一定时,气体表观速度变化对液相采出分率影响不大;两相的表观速度一定时,液相采出分率随着液体的表面张力降低而减小。另外,将所得的相分离实验数据与其他管径尺寸的数据进行比较,发现不同尺寸T型通道内弹状流相分离特性比较相似。     

涂层表面形貌形成过程模拟与分析

表面涂层形貌形成过程的定量描述对涂层质量控制效果的提升至关重要,建立了集成蒙特卡罗（Monte Carlo）和计算流体力学（CFD）的混合方法模拟复杂的海量液滴沉积成液膜及其随后的流平过程,并系统研究油漆液滴平均直径、黏度、密度以及表面张力对涂层表面粗糙度、流平速度以及流平时间的影响。模拟结果表明,油漆液滴平均直径增大,涂层初始表面粗糙度增大,流平速度减小,流平时间延长;黏度增大,涂层的初始和最终表面粗糙度增大,流平速度减小,流平时间延长;密度减小,涂层初始表面粗糙度增大,初始流平速度增大,流平时间稍微缩短,对最终表面粗糙度影响不大;表面张力增大,涂层流平速度增大,流平时间缩短,对涂层最终表面粗糙度影响很小。     

撞击流气液反应器湿法脱硫的试验研究

以空气和SO2混合气体作为模拟烟气,以Ca(OH)2悬浮液作为吸收剂,在一个新型撞击流气液反应器中进行了湿法脱硫试验研究。反应器采用水平两流撞击流,喷嘴系获得专利的旋涡压力喷嘴。研究了液气流量比Vl/Vg、钙硫摩尔比rCa/rS、进口SO2浓度cS等主要参数对脱硫率的影响规律。在液气流量比Vl/Vg=0.84×10-3,撞击速度u=7m/s,进口SO2浓度cS=2 400 mg/m3条件下,脱硫效率达到了94%。