泰勒流反应器的流动及反应特性

利用由静态混合器、喷嘴和分气盒组成的新型布气装置在搅拌釜式反应器中诱导生成泰勒流,对反应器流动特性及反应特性进行了实验研究。结果表明,与常规搅拌釜式反应器相比,泰勒流反应器内物料流动更加接近于平推流流型,泰勒流的生成在反应器内构建出局部平推流区域,降低了物料返混程度。反应器反应性能因流动特性改变而得以增强,相同实验条件下,在泰勒流反应器中进行的蔗糖水解反应转化率比在常规搅拌釜式反应器中高出26.7%。在一定操作范围内,局部平推流区域和反应转化率均随搅拌转速或进气量的增加而增大。泰勒流反应器可简化为平推流区和全混流区并联的流动模型,推导出了反应转化率与平推流区域占反应器总体积比率之间的关联关系。     

生物柴油生产过程撞击反应器的停留时间分布研究

以水为工作介质,0.1 mm催化剂为示踪剂,采用脉冲示踪法,研究了撞击流反应器内物料的停留时间分布;考察了反应器进料循环比、导流筒结构、出料位置对反应器停留时间分布的影响。结果表明:反应器进料循环比≥98%、进料流速≥7.07 m/s,采用特殊管式导流筒结构,以及将反应器出料口位置设置在循环罐上,可明显改善反应器内微观混合效果,反应器内物料流型及停留时间分布十分接近全混流反应器;利用前短路Γ混合模型和组合模型分别对实验数据进行了验证,显示组合模型的计算结果与实验值更接近些,即考虑了死区影响的组合模型更接近于反应器内的实际流动状况。     

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。     

一种新型的撞击流吸收器的设计研究

利用撞击流和平推流的优点,开发出一种新型的撞击流吸收器。对该吸收器进行了停留时间分布实验研究。利用清水吸收空气中CO2,对该吸收器的吸收性能进行了研究,实验结果表明,“全混流 平推流”流动特点的撞击流吸收器的吸收率明显高于鼓泡式吸收器,具有一定的推广与应有价值。     

三股对撞式撞击流反应器的流动特性

采用高速数码相机对喷嘴直径1 mm的开放式三股对撞式撞击流反应器内的流场特性进行研究,考察了入口雷诺数Reinj、对置两管喷嘴间距d1、垂直管喷嘴到对置两管的垂直距离d2对流场特性的影响. 结果表明,在物料流量比为2时,Reinj对流体结构的影响较显著. 随Reinj增加,流体结构由链状向类似伞状变化,最终破碎成液滴,无规则向四周分散,雾化程度显著增加,撞击面边缘剧烈扰动,提供了较好的混合效果. 较小的d1使撞击区域接近对置两管喷嘴处,可能导致喷嘴堵塞而影响混合效果. 增大d2及Reinj=1699时,重力影响使流体结构由链状轻微向面积较小的伞状结构变化. 采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系,物料流量比为8时,与传统撞击流反应器相比,三股对撞式撞击流反应器的离集指数约为其1/2,显示出优越的微观混合性能.     

气液混合式撞击流反应器流场特性数值模拟

撞击流反应器具有高效传质和相间强相互作用等优点,在工业上被广泛应用.基于传统撞击流反应器构建了新型二路加速管同轴对置撞击流反应器,进行了以空气为连续相、液态水为离散相的流场混合特性模拟,分析了不同气相流速下气液高速混合流动过程,研究内部流场速度、压力分布及颗粒直径与停滞时间的变化特性.结果表明,流场分布关于撞击面对称,...     

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。     

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。     

浸没循环撞击流反应器的压力脉动特性

The characteristics of pressure fluctuation in a submerged circulative impinging stream reactor (SCISR) were experimentally studied. The instantaneous signals of pressure fluctuation resulting from the turbulence in the SCISR were measured by sensors and recorded by a computer. The pressure signals at some special positions were sampled at different rotary speeds of propeller. After analyzing the signals with the Power Spectrum method, it was found that there was an inherent frequency in the dynamic pressure signals. The inherent frequencies of the point on the impinging plane were greater than 1000 Hz, so the pressure fluctuation was called high-frequency fluctuation. The fluctuation velocities with high inherent frequency resulted in a strong shear force field, which enabled the fluid to mix quickly on the micro-scale and the agglomerates of solid particles to disperse effectively.     

外循环撞击流反应器微观混合性能研究

在有效容积为160 L的外循环撞击流反应器(ECISR)内,以酸碱中和与氯乙酸乙酯水解的平行竞争反应为工作体系,对反应器内微观混合性能进行了研究,考察了不同的进料时间、进料位置、循环流量对该平行竞争反应副产物分布的影响,通过副产物收率即离集指数X Q的变化来表征微观混合的效果。研究结果表明:撞击区上部(400mm)进料微观混合效果最好,反应器顶部最差;当进料位置和循环流量不变时,进料时间达40 min以上,X Q不再随进料时间的延长而降低;循环流量达到6 000 L/h时,微观混合效果最佳,再升高循环流量微观混合提升已不明显。     

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。     

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。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。