盐水液滴降压蒸发析盐过程传热传质特性

针对单个盐水(NaCl溶液)液滴在降压环境下蒸发析盐的传热传质过程建立了数学模型。模型考虑了多孔盐壳在液滴表面的形成过程,降压过程引起的气流运动,液核通过多孔介质的传质扩散,以及液滴表面的蒸发换热和对流换热。将实验数据与计算结果对比,验证了模型的有效性。通过模型计算获得了液滴表面温度及液滴质量随时间的变化。结果表明盐水液滴在降压环境下蒸发析盐过程的温度变化分为4个阶段:温度骤降阶段、温度回升阶段、平衡温度阶段和温度上升阶段。平衡温度阶段,盐壳界面运动较慢,随蒸发进行,液核尺寸逐渐减小,盐壳界面运动速度加快。理论分析了环境压力对盐水液滴蒸发析盐过程的影响,环境压力越低,平衡温度越低,盐分完全析出时间越短。     

氧化铝蒸发过程的混合智能优化设定控制

氧化铝蒸发过程的关键工艺指标碱液浓度不能在线检测且与控制回路输出之间的动态特性难以用精确的数学模型描述,采用已有的优化控制方法不能实现上述运行层的优化。针对上述问题提出了由基于案例推理的预设定模型,基于专家规则的前馈、反馈补偿模型以及基于块式偏最小二乘的软测量模型组成的混合智能优化设定控制方法。采用某氧化铝厂蒸发过程的实际数据进行仿真实验,实验研究表明该方法可以有效地将碱液浓度控制在工艺要求的区间内。     

氧化铝纳米流体液滴瞬态蒸发速率的演化特性分析

以氧化铝纳米流体液滴为研究对象,本文建立了基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）法的液滴蒸发瞬态模型,对液滴蒸发过程中蒸汽浓度、纳米颗粒浓度、温度等进行多物理场耦合,并考虑了Marangoni流对液滴蒸发的影响,同时研究还结合蒸发实验可视化结果,分析了氧化铝纳米流体液滴的瞬态蒸发速率随时间的演化规律,讨论了颗粒体积分数和基板温度对蒸发模式的影响。结果表明,在液滴蒸发过程开始时,纳米流体液滴保持定接触半径蒸发模式,气液界面面积逐渐减小,瞬态蒸发速率也呈逐渐减小的趋势;当颗粒体积分数增大至26%时,瞬态蒸发速率曲线达到驻点;蒸发接近完全时,由于Marangoni流影响了内部流场、强化了内部传热,且液滴在已沉积在基板上的颗粒表面形成液膜,瞬态蒸发速率迅速增大。     

双组分混合制冷工质沸腾换热理论研究

基于单组分工质池沸腾动态微液层预测模型,提出了预测双组分混合工质沸腾换热系数的理论模型。该模型认为沸腾换热的机理主要是由于在气泡的周期生长过程中所形成微液层的蒸发。模型中考虑了气泡生长过程中液体传质对传热的影响,给出了气泡生长过程中传热面上气液固接触的动态构造。利用本模型所得预测结果与实验结果能够较好地符合。     

振荡热管模型中液膜的分析与假定

在经典Nusselt膜理论的假定基础上,结合毛细管内液膜的特点,考虑了液膜附加压力、界面热阻、液膜过热度,分别对平衡液膜区、过渡液膜区和宏观液膜区进行了详细分析,建立了相应的控制方程,研究了毛细管内液膜稳态蒸发过程中液膜厚度、传热系数等参数的变化特性;根据毛细管内稳态蒸发液膜的轮廓和特性,对振荡热管内的动态液膜作出了相应的假定,并提出了如何确定动态液膜的厚度、长度以及相变传热系数。     

渗透蒸发过程脱除水溶液中挥发性有机物的研究

采用自制的PDMS膜研究了从VOCs (挥发性有机化合物 )稀水溶液中脱除VOCs的渗透蒸发过程。以分离因子和渗透通量为评价指标 ,考察了料液浓度、温度和流动状况以及膜下游压力对膜的渗透蒸发分离性能的影响 ;并研究了针对脱除水溶液中VOCs的渗透蒸发过程的传质模型。     

烧结法氧化铝碳分母液制备固体铝酸钠工艺研究

烧结法氧化铝生产过程碳酸化分解工序,碳酸化分解率根据精液硅量指数和产品氢氧化铝质量要求通常控制在90%,有10%的氧化铝残留在碳分母液中,随蒸发母液的回用周而复始地流经烧结、溶出等工序,这无形增加了氧化铝的生产成本。为更好地利用碳分母液中残留的氧化铝,研究了利用碳分母液生产固体铝酸钠的工艺过程。研究结果表明,碳分母液通过彻底碳酸化分解,回收其中的固体物料,再经过焙烧,可制得固体铝酸钠产品,也即通过此方法可全部回收碳分母液中残留的氧化铝。     

水溶液中挥发性有机化合物渗透蒸发分离技术

介绍了水溶液中挥发性有机化合物 (VOCs)的各种分离方法 ,重点分析了渗透蒸发分离技术经济优势。阐释了渗透蒸发膜的选择标准、渗透蒸发过程的传质机理 ,以及原料液浓度、原料液温度、原料液流量、渗透侧压力、添加剂和膜组件型式等因素对渗透蒸发过程分离效率的影响 ,并简要预测了渗透蒸发过程的发展趋势与动态。     

MVR蒸发含盐有机废水过程中沸点升高研究

在MVR系统设计中料液的沸点升高作为一项关键数据来进行操作。沸点升高直接关系着各效的料液质量浓度的分配及蒸发器换热面积的计算。对含盐有机废水蒸发过程中沸点升高及在不同的蒸发温度下浓缩相同倍数时沸点升高的变化情况进行了研究。结果表明随着蒸发倍数的增加料液的沸点升高逐渐增加,而且随着系统蒸发温度的升高溶液的沸点升高也在逐渐增加。     

腐植酸在氧化铝生产溶出 沉降工艺中的影响

笔者曾在《腐植酸》1991年第2期,对烧结法生产氧化铝工艺中,添加腐植酸对提高碳分蒸发母液浓度及改善料浆流动性,已作了简单叙述。本文就腐植酸在烧结法生产氧化铝溶出、沉降工艺过程的影响再予以介绍,以供商讨。     

基于LabVIEW多效逆流蒸发工艺液位控制的研究

针对多效逆流蒸发工艺中液位非线性、大惯性和时滞性的特点,将BP神经网络与增量式PID算法相结合,以LabVIEW为开发平台,实现了多效逆流蒸发过程液位控制的动态仿真。基于物料衡算和热量衡算,建立三效逆流蒸发液位的数学模型,通过液位仿真证明基于LabVIEW实现BP神经网络PID控制系统在多效蒸发液位控制中具有良好的自适应性和鲁棒性。     

基于(火用)分析的氧化铝多效蒸发过程液位优化设定方法

在拜耳法生产氧化铝多效蒸发过程中,各蒸发器液位是影响流程各个参数的重要变量,对整个蒸发过程的优化操作十分重要。但实际生产中各效蒸发器液位的设定值通常是一个较大的范围,难以优化运用。针对此问题提出了一种基于(火用)分析的多效蒸发流程液位优化设定方法。在对液位作用机理分析的基础上,基于整个流程的实际生产数据,拟合得到了每效包含液位随其他参数变化的关系模型。结合蒸发流程物料平衡关系以及(火用)分析方法,建立了综合(火用)效率评价指标的能耗优化模型。最后,采用两种不同约束处理技术和状态转移算法,计算了不同酸洗周期下的各效蒸发器最优液位,得到了优化目标随各个效液位高度变化的关系曲线。     

基于同步优化的代价敏感支持向量机优良类操作模式识别

针对氧化铝蒸发过程操作模式集中类别不平衡和噪声特征问题,提出基于同步优化的代价敏感支持向量机操作模式识别方法。对氧化铝蒸发过程机理进行分析,该过程的输入条件、操作参数和状态参数被选为原始操作模式,利用离散的粒子群算法优化操作模式的特征集,选择最优特征子集作为最终的操作模式;同时利用连续的粒子群算法优化代价敏感支持向量机的核参数和误分类代价参数,自动搜索和确定最优的核参数和误分类代价参数。工业应用结果表明,与粒子群优化操作模式特征子集或粒子群优化核参数和误分类代价参数相比,所提出的方法优良类操作模式识别高,误分类代价低。     

基于(火用)的管式降膜蒸发器液位优化设定

在降膜蒸发器中,物料液位直接影响蒸发器分离室压力和出料温度从而影响加热蒸汽消耗,对蒸发器的优化操作十分重要。但实际生产中液位的设定值通常是一个较大的范围,难以优化运用。针对此问题提出了一种基于(火用)分析的管式降膜蒸发器液位优化设定方法。深入分析了液位高度对蒸发过程各参数的影响,基于实际生产数据,拟合得到了液位与其他参数间的关系模型。结合蒸发器物料平衡关系以及(火用)分析方法,建立了最大化(火用)效率的能耗优化模型。对优化模型求解得到了蒸发器(火用)效率随液位高度变化的关系曲线,最后计算了不同工况条件下的最优液位,为优化实际生产操作提供了参考。     

单组分液体蒸发过程动力学特性

引言 危险性液体或液化气体泄漏后不断向环境中挥发出有毒有害蒸气,不但污染环境,也会威胁人体健康[1].     

基于(火用)分析的氧化铝蒸发过程能耗优化

为提高氧化铝蒸发过程能量利用率,在蒸发过程有效能火用分析的基础上,建立了最大化火用利用率的能耗优化模型。针对优化模型紧约束条件的限制,提出了一种结合鲁棒函数和谷跳跃不可行解修正法的约束条件处理方法,弱化约束违反度大的解带来的不利影响,保留不可行解提供的有效信息。并采用一种具有涡旋拓扑结构的粒子群算法对优化模型进行有效求解。工业实例分析表明,优化模型可同时兼顾火用回收利用率和系统热力学完善程度,优化操作在保证产品产量及质量的条件下可有效提高能量利用率。     

平流多效蒸发系统的数学模型与求解

为了充分利用能量,采用冷凝水闪蒸、引出额外蒸汽及引出各效完成液预热原料液等节能措施,考虑蒸发过程有固相析出的情况,建立了由多效蒸发和多级预热两个子系统构成的平流多效蒸发系统数学模型。将物料衡算和热量衡算方程组写成矩阵方程的形式,保留或舍弃矩阵方程中的相关块矩阵,模型就能代表有或无固相析出、有或无冷凝水闪蒸、有或无引出各效完成液预热原料液以及不同情况任意组合的平流多效蒸发过程,该模型还可以用于计算不同效数的平流多效蒸发过程,实现模型的通用。利用智能拟合法,将系统的固液相平衡数据拟合成相平衡方程,实现模型的计算机编程求解。用迭代法结合矩阵法求解模型,研究结果表明,平流多效蒸发系统常规设计的数学模型具有通用性,采用冷凝水闪蒸、引出额外蒸汽预热原料液、引出各效完成液预热原料液是有效的节能技术,对四效平流蒸发含NaCl的NaOH溶液系统,采用以上节能措施可节省加热生蒸汽30%左右,节能效果显著。求解模型的算法稳定且高效。     

Dynamic modeling and validation of 2-ethyl-hexenal hydrogenation process

The paper evaluates, by modeling and simulation, 2-ethyl-hexenal hydrogenation process in catalytic trickle bed three-phase reactors. The mathematical model consists of balance equations for gas and liquid phases. Reaction rate equations, transport models and mass balances were coupled to generalized heterogeneous models which were solved with respect to time and space with algorithms suitable for partial differential equations. The importance of mass transfer resistance inside the catalyst pellets as well as the dynamics of the different phases being present in the reactor is revealed. The dynamic mathematical model presented can be used to analyze and understand the interaction of various processes that take place inside the hydrogenation reactor and also to make preliminary calculation of experimental parameters. Another important use of the mathematical model is to determine the optimal operation conditions and to design the control system. The model is implemented in Matlab and tested in simulations achieving successful results.     

Reactor modeling and recipe optimization of polyether polyol processes: Polypropylene glycol

The reactor modeling and recipe optimization of conventional semibatch polyether polyol processes, in particular for the polymerization of propylene oxide to make polypropylene glycol, is addressed. A rigorous mathematical reactor model is first developed to describe the dynamic behavior of the polymerization process based on first‐principles including the mass and population balances, reaction kinetics, and vapor‐liquid equilibria. Next, the obtained differential algebraic model is reformulated by applying a nullspace projection method that results in an equivalent dynamic system with better computational performance. The reactor model is validated against plant data by adjusting model parameters. A dynamic optimization problem is then formulated to optimize the process recipe, where the batch processing time is minimized, given a target product molecular weight as well as other requirements on product quality and process safety. The dynamic optimization problem is translated into a nonlinear program using the simultaneous collocation strategy and further solved with the interior point method to obtain the optimal control profiles. The case study result shows a good match between the model prediction and real plant data, and the optimization approach is able to significantly reduce the batch time by 47%, which indicates great potential for industrial applications. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 2515–2529, 2013