刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比

高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨(刚性桨)和刚柔组合六直叶涡轮桨(组合桨)的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗(3 kW·m-3)时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。     

偏心射流搅拌强化1,3-二氯-2-丁烯的氯化行为

1,3-二氯-2-丁烯(DCB)的氯化过程同时存在加成反应、取代反应和连续反应,DCB与氯气混合不均匀和反应热移除效果不佳会降低取代氯化的选择性。搅拌槽内流场分布特征与流体的混合效果、化学反应的转化率和选择性等密切相关,调控流场结构有助于强化DCB的氯化行为。文中结合搅拌器专用计算流体动力学软件MixSim 2.0.2,模拟了在偏心射流条件下4 cm二直叶桨式搅拌器、4 cm斜叶圆盘搅拌器和5 cm斜叶圆盘搅拌器槽内的流场分布特征,并进行了DCB氯化实验。研究表明:偏心射流能改变流场分布,控制流场的拟序结构,强化混合效果。在偏心斜射流的条件下,5 cm斜叶圆盘搅拌器的氯化效果较优,能够使DCB氯化的主产物2,3,4-三氯-1-丁烯(TCB)的收率提高到87.9%。     

基于电场与软锰矿联合技术对高硫煤脱硫行为的强化

中高硫煤利用过程中产生大量的SO_x排放到空气中,对环境造成严重的污染,这导致其利用困难。为实现中高硫煤清洁高效利用,基于软锰矿中二氧化锰的强氧化性,采用电场与软锰矿联合的技术促进高硫煤脱硫,重点考察不同反应条件对高硫煤脱硫率及软锰矿中锰的浸出率的影响,利用XRD,FTIR,XPS等分析测试方法,研究脱硫反应前后煤元素组成、硫含量等主要性质变化,探究其脱硫机理。结果表明,当软锰矿与高硫煤质量比为1/7,煤浆质量浓度为0.05 g/mL,反应时间5 h,反应温度80℃,初始硫酸浓度为1.2 mol/L,电流密度为600 A/m²时,与预处理煤相比,高硫煤脱硫率可达40.56%,锰的浸出率为95.23%。在相同反应条件下,与无电场浸出相比,电场的引入可使高硫煤脱硫率提高19.93%,软锰矿中锰的浸出率提高16.77%。经电场与软锰矿联合脱硫后的煤中的固定碳及热值略微降低,而挥发分和灰分略微增加,小分子增多,另外,煤中的分子结构基本未改变。在电场的作用下,软锰矿中二氧化锰的强氧化作用会促进煤粒表面有机分子键断裂,使高硫煤粒内部无机硫及有机硫充分暴露,...     

硼钙石强化转炉钒渣氧化焙烧的研究

转炉钒渣含有TiO2、Al2O3和硅酸盐,物料焙烧过程容易形成包裹钒铁尖晶石相,不利于低价钒的氧化转化,降低熟料钒化合物的浸出率。试验通过采用硼钙石作为添加剂,改善转炉钒渣钙法焙烧性能。结果表明,硼钙石可有效破坏含钒尖晶石相外层的硅酸盐,强化转炉钒渣钙法焙烧物相转化,从而降低焙烧过程温度,节约能耗。     

论化工原理课程教学与学生工程意识的培养

化工原理课程教学是化工专业学生联系理论与实践的一门桥梁课程.通过理论课的教学,培养学生的工程意识,整合学生所学的物理化学及其它理论知识.结合科研工作实践,将科研成果在本科生的课堂教学中进行二次转化是培养学生工程意识的重要捷径.丰富的网络资源能促进教学手段改革,让学生了解化工发展的前沿知识,培养工程意识和激发学生学习的兴趣.而单元考试是教学反馈的重要手段.     

逆流桨强化搅拌槽内流体混沌混合及流场结构失稳研究

在传统三斜叶桨的基础上,结合逆流桨结构,提出三斜叶逆流桨,以破坏或者消除搅拌槽内稳定的对称性流场结构,提高流体传递效率及混沌混合程度。结合实验和模拟两种方法,主要研究了上推式三斜叶桨(PBTU)、外推内压式三斜叶逆流桨(PBTC-U)、外压内推式三斜叶逆流桨(PBTC-D)三种桨叶体系以及不同外层桨叶长度的PBTC-U桨体系内搅拌功耗、混合时间、混沌特性参数、流场结构以及流体速度分布。实验结果表明,N=130 r/min时,PBTC-U桨相对于PBTU桨和PBTC-D桨,体系混合时间分别从22.0、37.5 s缩短到16.5 s,功耗分别降低了5.6%和12.8%,LLE值分别提高了13.69%和37.01%。在确定PBTC-U桨适宜外层桨叶长度的研究中发现当外层桨叶长度D₂=0.375D时,搅拌功耗最低且混合时间最短。PBTC-U型逆流桨通过内外层桨叶的逆流作用,强化体系内流体的随机运动,使得流场的不稳定性得到增强,对称性被破坏,进而流场结构失稳,流体混合效率得到提高。另外,PBTC-U桨可以增强流体轴、径向速度分布的波动性,有利于提高体系的混合效率。     

纳米碳酸钡制备方法的研究现状

文章对纳米碳酸钡的制备、运用及国内外的需求进行了慨述,介绍了液相沉淀法、微乳液法、低温固相合成法、模板法等制备方法,探讨了各种方法的优缺点,并提出了纳米碳酸钡今后的发展方向。     

脉冲射流-刚柔组合桨强化流体混沌混合及传质性能研究

传统搅拌反应器普遍使用刚性桨进行机械搅拌,导致反应器内容易产生混合隔离区而降低流体混合效率。采用多流场耦合诱发混沌现象,促使更多流体进入混沌状态,是提高流体混合效率的有效途径之一。结合Matlab软件编译PJ-RF-RT体系中的压力脉动信号得到最大Lyapunov指数(LLE)与多尺度熵(MSE),探究不同脉冲周期下占空比、桨型、柔性桨叶厚度、桨离底高度及脉冲空气射流量对搅拌反应器内流体混沌混合的影响,同时,对比分析了桨型、射流类型、气流量对体积氧传质系数KLa的影响。研究结果表明,在脉冲周期T=0.4 s,占空比D=80%时,RF-RT桨体系较R-RT桨体系的LLE增大了11.58%,且RF-RT体系的MSE显著高于R-RT桨体系,表明脉冲射流刚柔组合桨体系能更好地诱发流体混沌,增大流体混合效率,均化体系能量分布。此外,脉冲射流耦合RF-RT桨体系增强了流体的湍流特性,促使液膜厚度减小,强化了传质,在单位体积功耗Pv=360 W/m3时,PJ-RF-RT体系的KLa较PJ-R-RT提高了13.46%,PJ-R-RT体系的KLa较SJ-R-RT提高了11.86%。     

工业物联网技术在搅拌反应器领域的应用

传统搅拌反应器运行模式匹配度较差，缺乏对搅拌装备的智能化诊断、控制和匹配能力监测。近年来，工业互联网的兴起引起了各个行业内巨大的研究兴趣，并取得了相对可喜的进展。本文首先概述了工业物联网兴起的背景及其特征优势，然后简述了搅拌反应器智能化需解决的关键技术难题，而后采用工业物联网技术，对表征搅拌反应器内部物料混合状态的时变信号进行数据智能化采集、分析和处理，并预测设备内部物料未来状态的变化趋势。结合流体混沌混合特性、宏观混合行为以及搅拌反应器结构参数和操作参数进行大数据分析，形成了智能监测与混沌同步体系，并建立搅拌反应器智能监测的操作平台，主要包括风险动态管控、在线监测预警和实时反馈控制三大功能模块。最后，总结了该搅拌反应器智能终端在化工领域存在的挑战，并且对未来发展方向及应用前景进行了展望。希望通过本文能吸引化工方面不同研究背景的学者进入这个多学科交叉领域，共同为推动节能减排、发展智能化工装备与安全做出一定贡献。