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。     

喷射环流反应器内宏观混和特性研究

通过实验分析研究了喷射环流反应器内宏观混和特性各影响因素的作用.分别采用水,水-细沙,丙三醇溶液等为实验物料,测定宏观混和时间和内循环液速.通过调整外循环流量大小和喷嘴位置,记录各混和特性的变化.结果表明:不同物料下,外循环流量对混和时间和内循环液速的影响都很大,混和时间均随循环流量的增大而缩短,内循环液速随着循环流量...     

邻甲酚塔的参数优化和控制分析

精馏塔是石油化工和医药领域常见的生产过程设备,本文利用Aspen Pus软件分别采用简捷法和严格法对提酚装置中邻甲酚塔进行了设计计算。针对本项目研究的邻甲酚精馏塔,首先通过简捷法估算出精馏塔的回流比、塔板数以及进料位置。然后采用严格法的灵敏度分析得出回流比为6、塔板数为80块、进料位置为30。增加精馏塔回流比5%,分析回流比变化对塔板温度的影响,发现精馏段灵敏板的位置为26块,提馏段灵敏板的位置为43块。分别采用了精馏段温度控制方案和提馏段温度控制方案研究在进料流量、进料组成以及进料温度波动时,精馏塔的动态响应过程。研究表明:提馏段温度控制方案较精馏段温度控制方案具有明显的动态响应快,抗干扰能力强,建立平衡时间短等优点。     

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。     

微撞击流制备多级孔ZSM-5分子筛及催化应用

通过微撞击流反应器(MISR)结合加盐晶种法制备多级孔ZSM-5分子筛,探索硅胶流量、含晶种的铝源混合液流量、循环时间以及晶化时间对多级孔ZSM-5分子筛粒径大小和孔径结构的影响规律。并与传统方法合成的多级孔ZSM-5分子筛作为催化剂应用于甲苯与氯化苄烷基化反应中,从催化活性、选择性以及反应温度3方面进行对比。结果表明,利用微撞击流强化混合过程制备多级孔ZSM-5分子筛的最佳操作条件为:硅胶流量为40 m L/min,含晶种的铝源混合液流量为20 L/h,循环时间为5 min,晶化时间为6 h。在甲苯与氯化苄烷基化反应中对比发现,氯化苄的转化率都随着温度的增大而增大,但微撞击流反应器合成的多级孔ZSM-5分子筛的催化活性、选择性优于使用磁力搅拌器合成的多级孔ZSM-5分子筛。     

反应精馏法合成醋酸丁酯的模拟研究

文章采用Aspen Plus对反应精馏法生产醋酸丁酯过程进行稳态模拟。对塔板数、进料位置及进料比进行了优化,得到了精馏塔理论板上的温度、汽(液)相流量组成分布和再沸器热负荷。结果表明进料位置和进料比对年总成本TAC影响很大。该计算对反应精馏法合成醋酸丁酯工艺的设计和操作具有实际意义。     

新型六塔旋转变压吸附制氧装置

针对变压吸附空分制氧装置的微型化趋势,研制了一种新型六塔旋转变压吸附制氧装置。本文介绍了新型装置的工作原理,且通过实验研究了六塔旋转PSA制氧过程中几个主要工艺参数对系统性能的影响。实验表明,提高转速,产品氧的纯度随之先提高后降低,对应于每个进料流量都存在一个获得最高氧纯度的最佳转速;而且,进料流量小时氧纯度较低,进料流量大时回收率降低,因此存在一个最佳进料流量;充压时间与吸附时间的比值对产品氧浓度的影响非常显著;与常见的PSA装置相比,均压步骤明显地提高了这种新型结构PSA装置的氧纯度和氧回收率。这种装置的高径比小,循环时间短,可获得92%的氧产品。     

基于液滴分离时间的斜板沉降器结构参数优化

通过应用液滴动力学原理,建立了单个液滴基于时间的分离模型,得到了单个液滴分离所需的必要时间表达式,确定了沉降器中液滴分离所需的必要时间与结构参数的关系。论文中还在一定范围内通过实验研究了斜板倾斜角、斜板板长、斜板间距等结构参数及进料流量与油水混合比例等对分离效率的影响,实验结果表明在实验范围内斜板倾斜角的最佳角度是30°,斜板板长最佳值为350 mm左右,最佳斜板间距为20 mm;油水混合比例对分离效率几乎没有影响,随进料体积流量的减小分离效率逐渐增加,但当流量减低到一定范围后,分离效率会稳定在一个比较高的水平而基本不受进料体积流量影响。     

丙酮缩合制备二丙酮醇的研究

研究了以丙酮为原料,以阴离子交换树脂作为催化剂,采用反应精馏装置进行丙酮缩合制备二丙酮醇的缩合反应,探讨了进料位置、进料流量和回流量对反应转化率的影响。实验结果表明,选择反应区较低的进料位置和较高的回流量可以打破化学平衡的限制获得较高的转化率,转化率达40%～90%,而增加进料量对反应不利。在进料量为182mL/h,进料温度为24.0℃,回流量为2066mL/h的情况下,转化率高达92.1%。     

喷嘴进料对提升管进料段内颗粒浓度分布的影响

在提升管冷模实验装置上考察了喷嘴进料对颗粒浓度径向分布的影响规律. 结果表明,提升管进料段内存在3种形式的颗粒浓度径向分布,在距喷嘴较近的轴向区域,颗粒浓度沿径向呈明显的W形分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很强;在距喷嘴较远的轴向位置,颗粒浓度沿径向呈环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很弱;在二者之间,颗粒浓度沿径向呈弱W分布,喷嘴进料对颗粒流动具有一定影响. 随着喷嘴气速的增加或预提升气速的减小,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响逐渐减弱. 采用喷嘴射流动量与预提升来流动量比Mj/Mr考察了操作参数及装置结构尺寸对提升管进料段内颗粒浓度径向分布的综合影响. 在实验范围内,动量比对进料段内颗粒浓度径向分布及颗粒流动行为具有明显的影响规律,随着动量比的增加,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环－核分布,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响逐渐减小. 在动量比小于4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.675~1.075 m间的轴向位置基本结束;在动量比增大为4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.375~0.675 m间的轴向位置便已基本结束.     

撞击流强化混合特性及用于制备超细粉体研究进展

撞击流以其强化微观混合的优异特性在化学反应、结晶、制备超细粉体等方面有广泛应用。本文在撞击流技术强化混合特性的基础上对近年来几种撞击流反应器制备超细粉体研究进行了综述。简述了流体流动、受限空间、喷嘴形式及结构、外部激励等因素对浸没循环撞击流反应器、受限撞击流反应器、T形撞击流反应器、微小型撞击流反应器、撞击流-旋转填料床反应器混合性能的影响。从结晶、微观混合时间等角度分析了撞击流微观混合特性对化学反应及制备超细粉体的影响。并与常规反应器及方法对比,从超细粉体的粒度大小、形貌、表面、能量、分散性、电性能及稳定性等方面进行评估。提出一种双层对置撞击流反应器用于工业上大规模制取超细粉体的中试研究,并展望了撞击流技术用于制备超细粉体的前景。     

循环撞击流干燥设备和过程研究

叙述了新开发的连续操作循环撞击流干燥机基本结构、工作原理和设计参数，以悬浮法ＰＶＣ为对象，热态实验研究了干燥机的基本性能，结果表明，该干燥机用于单机脱除游离水和孔隙水是可行的；物料循环具有延长停留时间和有利于水分颗粒内部向表面迁移的双重作用。实验和理论研究了干物料出口的安排，表明溢流方式不可行。以容积蒸发系数为主要判据，实验研究了某些重要结构和操作参数对悬浮法ＰＶＣ循环撞击流干燥过程的影响，确定了最优撞击距离和下部间距，并为操作条件和选择指明了方向。     

立式循环撞击流反应器三维流场的数值模拟

利用Fluent软件对立式循环撞击流反应器三堆流场进行数值模拟和分析.立式循环撞击流反应器内速度场和压力场分布关于撞击面对称,证实了驻面的存在,导流筒外侧和撞击面边缘存在死区;由于导流筒对流体引导作用,撞击区水平面x轴上速度最大的点出现在导流筒近壁面位置;定义了表征不同撞击流初始速度下混合效率无量纲系数k,且k值随撞击...     

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.     

CFD simulations of quenching process for partial oxidation of methane:Comparison of jet-in-cross-flow and impinging flow configurations

A new quenching process using the cold pyrolysis gas has been proposed for the partial oxidation (POX) of methane to recover the heat.The mixing of hot product gas and cold pyrolysis gas in milliseconds is critical to this new approach.Two most widely-used rapid mixing configurations,i.e.the jet-in-cross-flow (JICF) and impinging flow configurations,are compared in terms of mixing and quenching performances using computational fluid dynamics (CFD) coupled with detailed reaction mechanism Leeds 1.5.The mixedness,residence time distribution,temperature decreasing rate and loss ratio of acetylene during the quenching are systematically studied.The results show that the impinging flow has a more uniform mixing and narrower residence time distribution than the JICF.However,the temperature decreasing rate of the mainstream is faster in the JICF than in the impinging flow.The loss ratio of acetylene in the quenching process is 2.89％ for the JICF and 1.45％ for the impinging flow,showing that the impinging flow configuration is better and feasible for the quenching of POX of methane.     

双层撞击流混合器浓度时间序列的多重分形分析

利用平面激光诱导荧光技术(PLIF)对双层撞击流混合器的浓度场进行了实验测量,获得了不同径向位置处的浓度时间序列,通过多重分形去趋势波动方法(MF-DFA)研究了浓度时间序列中的多重分形特性,得到不同喷嘴间距和射流雷诺数下的多重分形谱,实现了流场特性的定量表征。结果表明,随着喷嘴间距增大,浓度时间序列的奇异性减弱,随着射流雷诺数增大,浓度时间序列的奇异性增强,喷嘴间距对浓度时间序列奇异性的影响比射流雷诺数更为显著。浓度信号的奇异性越强,流体粒子脉动越剧烈,混合效果越强,喷嘴间距对混合的促进作用大于射流雷诺数。通过分析多重分形谱参数(Δα, αmin, α0)随径向位置的变化规律得出了流型的转变区域,并将双层撞击流混合器由撞击中心处向下分为二次撞击区、涡旋区、一次撞击区。浓度信号的奇异性二次撞击区>一次撞击区>涡旋区,对混合的促进作用二次撞击区>一次撞击区>涡旋区。研究结果为更深入地揭示撞击流混合器内部流动模式和撞击流复杂无序的流动机理提供了理论依据。     

撞击流混合器的出口位置对其混合性能的影响

利用CFD方法模拟了冷、热水在两组同轴相向撞击流混合器中对撞混合的过程。并通过对混合器内速度、压强和温度场的分析,探讨了出口布局对其内流场的影响。结果表明,撞击流混合器内速度、压强和温度场均呈极不均匀的特点;出口位置的上、下改变对混合器内的压强分布影响显著,出口在上时对混合器和输液泵的密封性能要求以及对输液泵功率的要求均高于出口在下时的;两组同轴相向撞击流混合器的混合效果和效率俱佳。     

利用多效膜蒸馏技术浓缩硫酸和磷酸水溶液

利用自制中空纤维气隙式多效膜蒸馏组件进行了多效膜蒸馏过程浓缩稀硫酸和磷酸溶液的研究, 考察了膜入口温度、料液进口浓度和料液流量对渗透通量和造水比的影响。结果表明,膜入口温度升高时渗透通量和造水比增加;料液流量增加,渗透通量增加,而造水比随之降低;料液酸浓度增加,渗透通量和造水比均随之下降,且硫酸的影响更为显著。实验过程中渗透通量和造水比最高可达5.3 L/(m²·h)和11.5。在适当的操作条件下,该过程可将质量分数(下同)为2%的稀硫酸或稀磷酸溶液浓缩至40%以上,且渗透液最大的电导率仍小于200 μS/cm。以10%的硫酸溶液为料液,利用2个不同的膜组件进行了持续30 d的多效膜蒸馏过程稳定性实验研究,实验期间所用膜组件操作性能没有明显下降,没有观察到膜渗漏现象。     

基于阶跃射流的撞击流反应器流场动态特性分析

利用实验与数值模拟方法对动态阶跃型撞击流反应器流场特性进行研究,分析不同入口速度条件下流体流动规律、湍流特性以及能量水平。结果表明,动态阶跃型入口条件下,撞击面在两喷嘴之间周期性移动,流动参数也会发生周期性变化。随着入口平均速率的增大,驻点速度逐渐增大;随着两喷嘴入口速率差的增加,撞击面移动速度加快,撞击区流体湍流强度逐渐增加;随着入口平均速率与入口速率差的增大,XOZ平面在一个周期内的平均湍动能逐渐减小。对比动态撞击流反应器与稳态撞击流反应器内流场特性,探究动态入口条件对撞击流反应器流场特性的影响。结果表明,动态阶跃撞击流反应器湍流黏度、湍流强度和湍动能等参数均明显高于稳态撞击流反应器,撞击轴线上的湍动能梯度分布大于稳态撞击流反应器。动态入口条件下撞击流反应器流体湍动更剧烈,能量水平更高,有利于增加流场内流体扰动与促进混合。     

撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。