光伏材料切割废液中的Si和SiC旋流分离过程

太阳能硅片切割废料中的硅和碳化硅分离回收对于资源回收和环境保护具有重要的意义。根据硅和碳化硅微细颗粒易团聚且难用化学方法分离的特点,本文利用重介质微型旋流器分离技术,通过实验研究和数值模拟,探究进料流量和底流分率对重介质微型旋流器分离性能的影响。数值模拟采用CFD软件Fluent 6.3.26研究流场和颗粒运动轨迹,实验用微型旋流器直径为10mm,分离粒度分布为0.3~25μm的硅和碳化硅混合粉料。结果表明,硅的分离效率随着进料流量的增大先增大后趋于稳定,且当进料流量达到0.13m³/h时,分离效率不再增大。不论介质是水还是重介质溶液,当底流分率增大时,旋流场内的轴向速度减小,而切向速度先增大后减小,硅的分离净化效率先增大后减小,当底流分率为0.6左右时,硅的分离净化效率达到最高值。旋流分离硅和碳化硅时,介质采用重介质溶液分离效果更好。     

石膏旋流器分离性能的试验研究

通过对影响水力旋流器分离性能的三个因素:底流管径、进料浓度和入口压力进行正交试验,得出影响旋流器分离效果的各因素主次顺序,并对各影响因素进行分析。通过分级实验得出,经分离后底流口颗粒粒径集中于20μm以上,溢流颗粒粒径则集中于20μm以下。随着颗粒粒径的增大,分离效率也在增大,当粒径达到30μm时,效率已经接近100%,旋流器起到明显的分级、增浓效果。     

含气条件对井下油水分离旋流器性能影响的数值模拟

为探究气体对井下油水旋流器性能的影响规律,针对新型螺旋流道倒锥式旋流器,采用Fluent软件对气液比分别为0.01、0.03、0.05、0.08、0.10时旋流器的油相分布进行模拟分析。通过对比分析发现:不含气时旋流器的分离效率为89.31%;在结构参数和分流比不变的条件下,旋流器分离效率随气液比的增加呈降低趋势,气液比为0.10时,分离效率为36.90%;气液比越大,溢流口的油相体积分数越小,底流口的油相体积分数越大;溢流口和底流口的压力损失随气液比的增大而递减。     

多进口旋流器流场特征及分离性能

为了改善单进口旋流器稳定性差、分级效率低等问题,本文提出了多进口旋流器结构。通过数值模拟方法,在恒定入料工况下,对比分析了单、二、三、四进口旋流器的流场特征和分离性能。研究结果表明：增加旋流器进口数量,会对旋流器流场和分离性能产生积极影响,有利于旋流流场径向压力的增大,且进口数量为偶数时,流场径向静压力增强效果更好;旋流器柱段区域流场切向速度增大,有利于强化旋流器分离能力。同时使用Mixture耦合RSM模型预测了离散相CaCO₃颗粒的分离效率,结果表明多进口旋流器可以在低速度入口条件下完成离散相的高精度分离。入料速度为3m/s的工况条件下,多进口旋流器分离50μm、57.5μm颗粒的底流分配率较单进口旋流器分别提升了10.60%、5.59%,对抑制旋流器溢流产品错配率和提高分级精度有积极的影响。因此,增加旋流器进口数量,可以有效提升旋流分级效率和分离精度。     

固相颗粒在旋流场形成过程中的运动分析

通过CFD-DEM耦合计算方法模拟不同粒径颗粒在FX-50水力旋流器内的运动行为,分析旋流器内旋流分离场的形成过程,连续相的运动采用求解平均化的Navier-Stokes方程得到,离散相的运动通过离散元法计算。采用欧拉-拉格朗日方法,通过Freestream曳力模型传递相间数据,分析了流体的速度场、压力场,颗粒群的速度、受力、颗粒-颗粒和颗粒-壁面的接触作用力。结果表明,当循环流与入口流汇合时,颗粒速度损失较大;当旋流场稳定后,60μm粒径颗粒群在旋流器锥段的堆积最严重,分离速度较70μm、80μm颗粒低;颗粒平均速度的变化为先减小再增大,直到以后的稳定变化。旋流场未稳定时颗粒在竖直方向的运移速度大于旋流场稳定后竖直方向的运移速度,80μm颗粒竖直方向平均速度始终大于60μm和70μm。颗粒-颗粒和颗粒-壁面的接触过程中,颗粒的受力以法向方向为主,当颗粒与壁面接触时,所受合力最大;由于流动前期颗粒在旋流器内运动轨迹不稳定,颗粒随机碰撞明显,导致颗粒平均接触力波动较大,当旋流场达到稳定状态以后,数值改变很小。     

分流比对旋流器油水分离性能影响的模拟研究

应用计算流体动力学(CFD)方法,针对不同分流比对旋流器油水分离性能和压力特性的影响进行模拟研究,利用指数坐标系对比分析了分流比对旋流器的速度、压力降、压降比和分离效率的影响及其变化规律。通过分析发现,分流比变化主要影响旋流器内部轴向速度分布,压降比随分流比的增大线性增加,而综合效率随分流比的增大先增大后降低,当分流比为20%时,所设计旋流器的综合效率最高,且质量效率和简化效率均高于95%。     

除油型水力旋流分离器压降研究

:采用各向异性k-ε模型,用有限差分法,以SIMPLE算法为基础对旋流器内流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了在流量一定的情况下,随溢流比的增加,进料口与溢流口之间的压力降△Piu增大,进料口与底流出口之间的压力降△Pid几乎不变。△Piu与△Pid随进料流量的增大而增大,△Piu随溢流管孔径的减小而变大,△Pid几乎不变。通过算例与实验校验,得出各向异性k-ε模型能够模拟旋流器内湍流流场。     

两种不同入口结构型式旋流器内的流场模拟

采用Fluent软件对传统切入式旋流器和新型轴流式旋流器进行模拟研究,着重分析了旋流器内速度场与压力场的分布,得到以下结论:①在速度场方面,切入式旋流器的切向速度与轴向速度的衰减速度均要比轴流式旋流器要快,即流体在切入式旋流器内流动时所受阻力要大于其在轴流式旋流器所受阻力,进而影响到液滴颗粒在旋流器中的分离效果;②在压力场方面,轴流式旋流器的径向压力降要大于切入式旋流器,有利于轻相向旋流器中心流动,促进液液分离,而切入式旋流器的轴向压力降要比轴流式旋流器大,相应能耗也较高.因此轴流式旋流器有着很好的发展前景.     

高海拔地区水力旋流器旋液分离过程CFD模拟与结构优化

针对氯化钾冷结晶器溢流液分离问题，提出使用水力旋流器进行固液分离。采用CFD数值模拟方法对水力旋流器的分离过程进行计算，研究在高海拔地区下水力旋流器筒径、溢流口直径、入口流速、锥角等因素对其流动特性和分离性能的影响。结果表明：筒径Dc=200 mm时分离效果最好；溢流口直径d0的增大会使分离效率与压降减小；增大入口流速会使分离效率先上升再下降，且压降随入口流速增大而增大；锥角α减小，水力旋流器分离效率增加并且压降减小，海拔高度的改变基本不改变水力旋流器的分离效率与压降。经分析可知：当Dc=200 mm、d0=56 mm、α=10°、入口流速为9 m/s时，粒径在20μm以上的颗粒分离效率可以达到80%以上，此时压降为0.26 MPa，整体性能最好。     

催化裂化用短接触旋流反应器内气固滑移特性

利用欧拉-欧拉双流体模型对短接触旋流反应器分离腔内气固滑移特性进行了数值模拟,主要研究了切向气固滑移速度的分布规律,并考察了操作参数和物性参数对分离腔内切向滑移速度的影响。计算结果表明,分离腔内切向气固滑移速度沿径向呈“驼峰”分布;当气相入口速度增大或者剂气比减小时,切向气固滑移速度变小,颗粒切向速度增大,离心力增大,有利于提高气固分离效率;颗粒密度对切向滑移速度分布影响不大;颗粒粒径较大时,在排尘口易出现堵塞,不利于长周期运行;建立了截面平均切向气固滑移速度计算模型,计算值与模拟结果误差在±7.0%以内。     

催化裂化用短接触旋流反应器内气固滑移特性

利用欧拉-欧拉双流体模型对短接触旋流反应器分离腔内气固滑移特性进行了数值模拟,主要研究了切向气固滑移速度的分布规律,并考察了操作参数和物性参数对分离腔内切向滑移速度的影响。计算结果表明,分离腔内切向气固滑移速度沿径向呈"驼峰"分布;当气相入口速度增大或者剂气比减小时,切向气固滑移速度变小,颗粒切向速度增大,离心力增大,有利于提高气固分离效率;颗粒密度对切向滑移速度分布影响不大;颗粒粒径较大时,在排尘口易出现堵塞,不利于长周期运行;建立了截面平均切向气固滑移速度计算模型,计算值与模拟结果误差在±7.0%以内。     

宽域水力旋流器压力能耗模拟与分析

提出一种可同时分离重质和轻质固体颗粒物的液-固旋流器。实验研究发现该新型水力旋流器在流量为25m^3／h,分流比为6％时对重质颗粒分离效率最高;流量25m^3／h,分流比为8％时轻质颗粒分离效率最佳。利用CFX流体软件,在流量为20～35m^3／h条件下对旋流器内的静压、动压和压力降的分布进行模拟分析。结果表明：在旋流器圆柱段从上到下,动压逐渐降低,在锥体段从上到下,动压逐渐升高;在一定范围内,为进一步提高分离效率和减少旋流器内压力损失,应避免增大入口流量而适当增加分流比。     

水力旋流器分离细颗粒的试验研究

介绍了用于细颗粒分离的水力旋流器的基本结构形式及主要结构参数。并针对旋流器雷诺数、分流比、旋数等无因次参数对压力特性的影响进行了细致的试验研究,找出了这些参数与欧拉数和压降比的相互关系。所有试验均在不含气的条件下进行。结果表明,随着雷诺数、分流比和旋数的分别加大,水力旋流器的压力降呈增加趋势,压降比则呈下降趋势。另外,针对当量直径45μm尿素复合颗粒进行了分离特性研究。结果表明,随着雷诺数的加大,分离效率逐步提高,但并非雷诺数越大越好;对于分流比,则只在低雷诺数时有利于分离效果的改善;旋数分别为9、16和29的实验结果表明,旋数16的总体效果为最优。     

固-液微型水力旋流器的实验研究与数值模拟

采用正交试验和计算流体力学(CFD)的方法,对固-液微型水力旋流器进行了初步研究。实验采用的微米级固体颗粒分别为1250目和2500目的滑石粉颗粒。首先通过正交试验研究了微型旋流器处理量和进料浓度对两种粒径的滑石粉溶液的分离效率的影响,得到较优的分离操作条件。然后利用CFD的方法对微型水力旋流器的内部流场进行数值模拟,湍流相采用雷诺应力(RSM)模型,再加入离散颗粒进一步模拟微型水力旋流器内颗粒运动,其中离散相采用离散相(DPM)模型。最终得到水力旋流器的流场的压力和速度分布云图及固体颗粒运动轨迹,为进一步优化微型水力旋流器的结构参数提供了参考。     

分流比对内嵌小锥式固液旋流器性能的影响

基于Fluent数值模拟,借助内嵌小锥式固液旋流器研究了分流比对旋流器分离效率、内部流场和压力特性的影响规律,结果显示:综合效率随着分流比的增加呈现先增大后减小的趋势,其中30%为最佳分流比,此时综合效率最高且质量效率和简化效率都在90%以上;研究还发现,切向速度、轴向速度和径向速度均呈增加趋势,其中轴向速度受分流比影响程度最大。     

大豆蛋白废水中乳清蛋白的泡沫分离实验

采用泡沫分离法回收大豆蛋白废水中蛋白,考察了pH值、气体的流速、进料浓度、液柱和泡沫层高度等因素对分离效果的影响.低进气速度、高泡沫层高度、适当的pH值以及低进料浓度有利于较好的分离.结果表明:当进料浓度为0.54 g/L、pH值为5、泡沫层与液池高度比4∶1,通气量为15.0 L/h 时,富集比可以达到3.25;当进料浓度为0.54 g/L、pH值为5、泡沫层与液池高度比3∶1,通气量为15.0 L/h,此时脱除率可以达到48.5%.     

呼图壁储气库低温分离器的应用

新疆油田呼图壁储气库工程对低温分离器结构进行了优化改造,该分离器与卧式的低温分离器相比具有占地面积小、储液段的液位控制平稳等优点。其主要构成元件为:气体旋流器;降液旋流器;丝网捕雾器。通过对旋流元件实验发现:随着流量的增加,旋流子分离效率增大;当流量为8913m3/d时,出口颗粒中径粒在3μm左右。该低温分离器具有分离效率高、体积小、成本低、压降小、噪音小等特点,具有很强的推广应用价值。     

磁力旋流器分离性能的试验研究

为了解决陶瓷、化工生产领域内浆液脱铁的工程问题,开发了一种可以自动排料的磁力旋流器,并通过试验研究和理论分析的方法,对比研究了入口流量、底流分率对磁力旋流器分离效率的影响。结果表明:磁力旋流器可以通过磁系吸附浆液中的铁化合物颗粒。对比试验结果,可以得出结论:磁力旋流器内铁化合物颗粒的径向沉降速度随进口流量的增大而减小。磁力旋流器的分离效率随进口流量的增大而减小,其分离效率与进口流量的关系与理论推论相符。对于单固相铁粉浆液,磁力旋流器的分离效率随底流分率的增大而减小;对于多固相铁粉浆液,磁力旋流器的分离效率随底流分率的增大先增大后减小,当底流分率为0.55时,分离效率最高。     

旋流器的微米级颗粒分级性能分析

微型旋流器中的超重力场和剪切湍流场可以强化微米级颗粒的分级。为了分析旋流器的微米级颗粒分级性能,本文通过试验与数值模拟相结合的方法研究了入口速度和底流分率对旋流分级的影响。数值模拟方面使用雷诺应力模型模拟了微型旋流器内的流场,试验方面使用直径为20mm的微型旋流器来分级粒度分布为2~50μm的颗粒物料。结果表明,随着入口速度的增大,分割粒度x50减小,可达4.8μm,分级精度H提高,可达0.45;随着底流分率R_f的增大,不会显著改变切向和径向速度,颗粒在旋流器内的沉降速度变化不大,但轴向速度会减小,使得颗粒在旋流器内的停留时间增加,分级效率提高;当底流分率R_f0.6时,随着R_f的增大,分割粒度x_(50)减小,可达4.7μm,分级精度H提高,可达0.6;当底流分率R_f0.6时,分割粒度x50增大,分级精度H降低。     

锥段长度对微型旋流分离器内流场影响的数值模拟

采用CFD软件FLUENT对3种不同锥段长度的微型旋流分离器中的液相流动规律进行数值模拟.模拟结果表明,随着旋流器锥体长度的增加,旋流器内切向速度降低,径向速度减小,轴向速度增大,压降减小,分流比增大.适当加长旋流器长度可获得较佳的分离性能,然而过分增加旋流器长度,分离性能反而会降低.