一种新型振荡流强化反应器制备生物柴油的探讨

介绍一种新型振荡流强化反应器。根据该反应器的基本原理和生物柴油制备的反应特点,分析了应用该新型振荡流强化反应器制备生物柴油的可行性及优势。这种新型振荡流强化反应器不但能够促进化学反应的进行、提高生产效率,而且可通过调节振荡频率和振幅来控制反应器的操作特性以达到最佳反应效果;可将传统上的间歇过程转化为连续过程。     

管内振荡流中轴向有效扩散系数的确定

将管内振荡流中物质扩散系统近似地作为一维非稳态系统，分析了用脉冲注射法确定振荡流中轴向物质扩散系数时，扩散物初始分布的两种形态?正态分布和矩形分布对有效扩散系数测定精度的影响. 分析结果表明，如果浓度测定点与注入点间的距离大于扩散物初始分布宽度的10倍，计算误差将小于1%. 实验所用圆管长2.5 m，内径6 mm，扩散系统的Schmidt数3590，流体振动幅度30~200 mm，Womersley数2.38~10.64. 实验结果与理论计算结果具有良好的一致性.     

管式振荡流反应器的流动模式研究（）高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果，在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上，提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性。根据停留时间分布实验结果，运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系。模拟计算表明，优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好。     

圆环挡板振荡流反应器的计算流体动力学研究

采用并行计算技术和2237267个格栅的非结构化网格模型.成功地进行了具有完整结构的十腔室圆环挡板振荡流反应器的数值模拟研究,获得了进料腔室、标准腔室和出料腔室的流场结构和特征.对标准腔室的计算流场和实验流场图像的对比显示两者吻合良好.模拟结果表明,标准腔室中的主流区和二次流区的径向位置在每个振荡周期中交换一次.而除了底部腔室以外的其余腔室中的二次流区漩涡在整个振荡周期中始终存在.进一步的研究将针对二次流区漩涡的动态行为进行.     

振荡流反应器的物料停留时间分布模型研究

提出了一个基于马尔柯夫链（Markov chains）的考虑腔室间返混的振荡流反应器物料停留时间分布模型。通过对在内径50mm,长1．95m的振荡流反应器进行的理想脉冲示踪试验数据的统计分析,给出了模型的唯一参数回流比R的经验计算公式。发现在试验条件下,存在一个与最小回流比R相对应的振荡条件。这振荡条件可表示为振荡流雷诺数（Reo）与净流雷诺数（Ren）的比值ζ,其范围为1．6〈ζ〈2．5。     

一种制取生物柴油的机械振荡强化技术

叙述了生物柴油的特点与国内外研究状况,针对当前的进展情况,提出了一种以机械振荡方式来强化反应过程的连续管式反应器制取生物柴油的技术.     

锥环挡板振荡流反应器流场的CFD研究

采用(四面体 楔体 棱锥体)的非结构化网格对包括进料和出料机构的五腔室锥环挡板振荡流反应器(OFR)的空间三维流场进行了计算流体力学(CFD)模拟,得到了不同振荡强度下标准腔室、顶部腔室和底部腔室的流场结构信息.研究得到了存在净流时锥环挡板OFR的流场结构,同时将模拟结果与圆环挡板OFR流场进行了比较.     

圆环挡板振荡流反应器浓度场的数值模拟

采用有限体积元方法对五腔室圆环挡板振荡流反应器(OFR)的三维浓度场进行了数值模拟研究,考察了腔室中心注入模式下的示踪剂浓度场的分布形态及其在不同振荡条件下的演化情况.研究表明,示踪剂在OFR中运动是由振荡流反应器中主体流动与漩涡构成的二次流动对腔室中心区域的交替控制促成的.定义一个腔室中的浓度方差C作为判断混合效率的依据,结果表明,C值是腔室内混合和腔室间混合共同作用的结果.参数表征的混合效率说明振荡雷诺数越大,混合效率越高.统计分析结果表明,基于长程对流混合和短程湍流扩散双模式传递模式的二项指数衰减曲线方程能够较好地描述踪剂浓度分布方差值随时间的变化.     

管式振荡流反应器的流动模式研究 (II)高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果,在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上,提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性。根据停留时间分布实验结果,运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系。模拟计算表明,优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好。     

管式振荡流反应器的流动模式研究(Ⅱ)高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果,在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上,提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性.根据停留时间分布实验结果,运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系.模拟计算表明,优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好.     

挡板偏心度对振荡流反应器三维流场对称性影响的研究

借助商业计算流体力学软件CFX,运用有限容积法离散振荡流反应器（OFR）的单个腔室,对具有理想对称几何边界和轻微挡板偏心度的OFR在系列振荡雷诺数（Reo）下的三维流场进行了仿真模拟,并将其可视化计算流场与实验流场进行比较,研究了OFR几何边界上的非对称因素对其内三维流场流型的影响.模拟结果表明在有效消除计算随机误差以及误差积累的情况下,几何边界理想对称OFR内的三维层流流场呈现出良好的中心对称性和周向均匀性,而湍流流场中心对称的同时呈现出周向非均匀结构--在圆周上生成8个中心对称排列的横向漩涡,其形态与Couette流中的泰勒涡类似.另外,挡板偏心度对OFR内的振荡流场的对称性有重要影响：在较大的下,其三维流场生成非对称性显著的大尺度漩涡对;并且随的增大,流场的非对称程度加大而增加.     

化工过程强化的研究进展

化工过程强化是实现可持续发展的重点项目之一,本文分别介绍了化工过程强化的技术,包括膜技术、非传统过程、脉动燃烧干燥技术、连续床色谱技术、整体催化技术和信息技术;化工过程强化的设备,主要有超重力旋转填料床、多功能反应器、静态混合反应器、微反应器和膜反应器等;以及化工过程强化目前存在的一些问题。     

管式振荡流反应器的流动模式研究(Ⅰ)PIV和RTD实验研究

采用粒子成像可视化（PIV）技术研究了管式振荡流反应器（OFR）内的流场形态和混合特点,并采用脉冲进样法测定了OFR在不同振荡条件下的停留时间分布函数。实验结果表明,OFR的混合特性十分复杂,并随振荡强度的变化呈现出不同的特征。振荡强度较低时,振荡使得OFR径向混合加强,减少了滞留区,流体的流动趋于平推流;振荡强度较高时,腔室内布满数目、尺寸和位置不断变化的漩涡,使每个腔室趋向于全混,腔室问的返混增大。实验数据与多级串联全混釜模型的比较结果显示,OFR的混合特性远非简单流动模式模型所能表征。     

高剪切混合器研究与应用进展

高剪切混合器作为一种能量密集型的过程强化手段,具有剪切速率高、局部能量耗散率高的特点,可以实现均质、乳化、溶解、分散、悬浮、结晶、破碎、反应等过程的强化,但尚缺少理性设计方法的系统研究。本文简述了高剪切混合器分类、工作模式,总结了操作参数、结构参数、物性参数等对高剪切混合器的流动与返混特性、微观混合特性、乳化和液液传质特性、气泡分散与气液传质特性、固体破碎与分散特性等的影响规律,简介了高剪切混合设备的工业实用案例;进而提出了该领域有待深入拓展的研究方向,包括高剪切混合器能量效率的提升途径、多相体系下高剪切混合器模型的建立方法、高剪切混合器与其他单元操作耦合规律、高剪切作用与外场协同强化机理、基于高剪切混合器的过程强化工艺优化等。     

圆环挡板振荡流连续反应器的结构优化

采用计算流体动力学方法对制备生物柴油的圆环挡板振荡流反应器的液-液两相流进行了数值模拟研究。选取欧拉-欧拉模型描述液 液两相流动,进一步耦合群体平衡模型将液滴的聚并和破裂考虑在内,对湍流模型则采用标准k-ε模型进行描述。在此基础上,对反应器的挡板开孔率和挡板间距等重要结构参数进行了优化。模拟结果表明,在振荡频率为4 Hz、振幅为16~36 mm条件下,通过混合效果、能量耗散和液滴直径分布等情况综合考虑,最适宜挡板开孔率范围为25%~30%,最适宜挡板间距为1.5D。     

LiH合成反应器的CFD模拟与过程强化

为了强化釜式氢化锂(LiH)合成反应器,采用计算流体力学(CFD)方法模拟了该坩埚反应器在静态操作、机械搅拌和气体鼓泡三种情况下的物质传递、化学反应和流体运动规律。模拟结果表明:自然对流对反应有较大的促进作用,其使LiH脱离反应界面,保证界面处"新鲜"金属Li与氢气的有效接触;另外,自然对流也促使反应器内物料良好混合;机械搅拌虽提高了反应物料的混合状况,但并不显著增加反应界面,过程强化程度有限;气体鼓泡可大幅度增加气液接触面积,反应时间大幅度缩减,是一种优选的LiH合成反应器构型。