多因素综合作用下卤水盐结晶实验研究

针对盐矿水溶开采过程中盐结晶析出附着在采卤管道上,使采卤效率降低或采卤管堵塞的问题,综合考虑了卤水温度、盐含量和流速等因素在开采过程中的变化情况,根据相似模拟准则,在实验室内搭建的物理模拟试验平台上进行了多因素综合作用下盐结晶析出规律的研究。试验结果表明,由Na₂SO₄-NaCl-H₂O三元水盐体系相图可知,Na₂SO₄质量浓度最大为20g/L时,卤水中只有NaCl结晶析出;多因素综合作用下,影响盐结晶的主要敏感因素为卤水温度和盐含量;当卤水中各组分质量浓度之和为318g/L,温度降为20℃时,卤水中才有结晶析出。本研究为盐矿开采预防结晶堵管提供一定的理论指导。     

碳酸钙结晶动力学研究

采用SPIP软件对碳酸钙垢显微图像进行分析,从微观上得出过饱和度、盐含量和pH值对碳酸钙结垢动力学的影响。实验结果表明:随着过饱和度的增加,晶核数逐渐增加,诱导期逐渐缩短,当过饱和度超过443时,结晶速率迅速增加,同时得出了诱导期与过饱和度的关系;当NaCl的质量浓度小于50g/L时,随着其浓度的增大,晶核数减少,结垢诱导期增加,当NaCl质量浓度达到50g/L时,晶核数最少,与同条件无NaCl溶液相比,碳酸钙结垢晶核数减少了66.7%;当pH值大于6时,随着pH值的增加,晶核数目迅速增加,结垢诱导期迅速缩短。     

银溶胶均相成核过程的研究

利用紫外光谱测定了柠檬酸钠还原硝酸银制备银溶胶的成核诱导期,考察了溶液温度和过饱和度对反应诱导期的影响.结合均相成核理论,得到当溶液的过饱和浓度大于或等于4×108时体系为均相成核过程.结果表明,诱导期随着温度和过饱和浓度的上升而下降.同时计算出不同反应温度下纳米银的固-液界面张力,并与经验理论模型的数据结果加以比较,实验预测结果低于模型值.本实验通过测定银溶胶制备过程中银离子的浓度变化验证了紫外光谱测定反应诱导期的可行性.     

车内甲醛浓度及其动态分布数值仿真分析

针对高污染、高危害的甲醛在乘用车内通风条件下的动态分布特征及规律的研究相对缺乏，应用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）理论和Fluent软件建立车内甲醛浓度及其分布数值仿真模型，并验证其可靠性. 以温度、通风速率和通风模式因素为变量，基于车内空气流场分析，率先研究乘用车内甲醛质量浓度分布及其动态变化规律，首次系统地探讨温度、通风速率、通风模式对驾驶员和乘员呼吸关键点位甲醛质量浓度分布及其变化规律. 结果表明，温度对车内甲醛质量浓度影响显著；0.5 m/s和4.0 m/s通风速率下甲醛浓度由于涡旋流场而分别呈现“双曲线”和“驼峰”型分布特征. 关键点位驾驶员呼吸位置的甲醛浓度随通风速率增加而增加，当通风速率≤1.6 m/s时，增长速率为16.5%；当通风速率>1.6 m/s后，增长速率为3.6%；整车检测点的甲醛浓度随通风速率增加呈线性增长，增长率约为10.8%. 车内后排空间甲醛浓度高于前排空间.     

结垢诱导期的实验研究与理论分析

换热面结垢是一个普遍存在的问题,而结垢诱导期的长短对污垢形成过程具有重要的影响,即使在相同实验条件下,不同材料换热面的结垢诱导期仍相差较大.实验研究了铜、铝、不锈钢及渗铝钢4种不同表面能材料在多种工况下的污垢过程诱导期测试,得知材料表面能、溶液浓度、流速及温度都是影响结垢诱导期和成垢过程的主要因素.     

王场油田盐间层地层水结盐规律研究*

盐间泥质白云岩油藏是江汉盐湖沉积盆地非常独特的一种盐间烃源盐油气藏,其中王场油田盐间层具有典型代表性。由于地层水矿化度高,油井生产过程中产生大量的盐垢,导致维护费用大大增加,产量明显下降,酸化压裂效果变差,挤水压力高,有效期短。分析了该油田的地层水理化性能和模拟井筒条件下的井筒结盐规律。研究结果认为:结盐井地层水的的化学成份主要是NaCl,同时含有一定量的CaSO_4和MgSO_4,盐垢样主要为白云石、方解石和钙芒硝,与地层水成分是相吻合;随温度逐渐降低,地层水结盐量增加,特别是在50~70℃结盐速度最快;压力对结盐速度影响不大;低转速(10 000~30 000r/min)对结盐速度影响不大;而高转速(﹥100 000 r/min)条件下结盐速度减慢。     

盐泥除盐的膜清洗技术研究

针对盐泥悬浮颗粒体系,采用国产无机陶瓷膜,对盐泥除盐膜清洗工艺的可行性进行重点考察,对膜孔径、过程参数对处理效果的影响进行系统研究.结果表明,在ΔP=0.24MPa,v=0.576 m/s,质量浓度为1%,T=35±3℃下,采用孔径为0.2μm的α-Al2O3陶瓷膜清洗盐泥,具有较好的除盐效果.污染膜在0.10 mol/LHNO3溶液中浸泡煮沸约30 min,然后水冲洗,膜通量基本恢复.     

拉果错盐湖卤水15℃等温蒸发析盐规律研究

以西藏拉果错盐湖卤水为研究对象,研究该湖水在15℃蒸发过程中离子的富集规律及析盐规律,为拉果错盐湖资源利用提供基础数据.实验结果表明:在蒸发率为52%时硫酸钠开始析出且在整个蒸发过程中都大量析出;钾在蒸发率为87%时开始析出;锂在蒸发率为82%时达到最高质量浓度2.30g/L,Li2CO3在卤水中已达到该温度下的溶解平衡,会以Li2CO3形式析出;硼在蒸发率为67%时开始大量析出,母液中硼的最高质量浓度为15.92g/L.     

盐穴建造期夹层与卤水运移相互作用机理分析

以金坛层状盐岩能源地下储库群建造工程为背景,基于RNG kε湍流计算模型及物质输运理论,研究了盐穴建造期夹层与卤水输运相互作用关系。计算发现,建造期卤水在运移过程中受夹层影响会形成复杂的紊流,一般在夹层附近会产生涡流,其影响程度随腔体扩大而减弱,另外夹层对流场的影响程度还受注水循环方式、注水流量及套管位置等造腔工艺影响。同时卤水的非均匀流动对夹层也会产生不同程度的扰动水压力,一般建腔前期夹层主要受注入流产生的扰动水压力作用,而后期主要受边界质量流作用,卤水对夹层的扰动水压力大小同样受造腔工艺的影响,但无论哪个造腔阶段卤水流动产生的压力都不足以使夹层垮塌破坏。利用PIV技术监测物理模型中的卤水运移规律,实验中卤水运移规律与数值计算结果一致。     

碳钢在流动氯化钠溶液中的磨损腐蚀行为

文中通过自行设计的管流动态模拟装置,研究了碳钢在质量分数为3.5%流动NaCl溶液中的磨损腐蚀。用重量法和极化曲线等方法,揭示了磨损腐蚀的规律及其腐蚀控制步骤,发现0～5.0m/s内随着流速的增大,磨损腐蚀速度增大,而在5.0～12.6m/s范围内腐蚀速度显著降低,超过12.6m/s时磨损腐蚀则又随流速增大而增大。动力学过程的分析验证了腐蚀协同效应中电化学因素起主要作用。     

晶化工艺对铁尾矿微晶玻璃微观结构的影响

以铁尾矿为主要原料制备微晶玻璃,通过DTA,XRD,SEM分析方法,全面考察了晶化温度和晶化时间对微晶玻璃结构的影响.实验发现:随着析晶温度的升高,主晶相钙铁辉石没有改变,但晶体形态和析晶率发生了较大的变化;随着析晶温度的升高,晶体的规则程度增加,晶体尺寸增大,析晶率呈先增加后减小的趋势;当析晶温度高于1250℃时,晶体分布均匀程度降低;最佳晶化温度为1200~1250℃,晶化时间为180 min.     

不同充水状态下隧道植绒排水管防除结晶的效果研究

为了研究不同充水状态下隧道植绒排水管防除结晶的效果,通过在普通PVC管内壁,采用热处理,将植绒膜光滑一侧紧贴PVC管内壁,选取绒毛长度分别为0.4 mm和0.8 mm;在两种不同充水条件下,对比分析普通PVC管、0.4 mm植绒PVC管以及0.8 mm植绒PVC管结晶物变化规律。利用电镜扫描绒毛上的结晶物,分析结晶物与绒毛的粘结形态。结果表明:在半管流条件下,随着时间的增长,植绒PVC管结晶量有先增大后逐渐稳定或者减小的趋势;普通PVC管基本上呈缓慢增加的趋势,且到某一阶段结晶量显著增加而到另外一阶段又显著减小,满管流条件下变化规律相似;对于普通PVC管而言,满管流情况下管道内壁越不容易附着结晶物;对于植绒PVC管而言,结晶物附着的难易程度与绒毛长度有着密切关系。可见植绒PVC管对隧道排水管除结晶有一定的作用,绒毛长度应根据排水管充水状态选取,以充分发挥绒毛除结晶的效果。     

水泥基材料在硫酸盐结晶侵蚀下的劣化行为

采用水泥砂浆在硫酸钠溶液中半浸泡的试验方法,测试不同配比的砂浆外观形貌、抗压抗折强度等宏观性能,并通过分析砂浆孔结构、孔隙率、微观形貌以及腐蚀产物,探讨半浸泡条件下,硫酸盐结晶对砂浆造成侵蚀破坏的影响因素。研究结果表明:在半浸泡条件下,砂浆表面所生成的白色硫酸钠晶体含量与砂浆的水灰比和掺入的矿物掺合料有关;随着半浸泡时间增加,水泥砂浆表面逐渐被剥蚀,抗压抗折强度先增大后逐渐降低;砂浆中孔径在30nm以上的孔是导致砂浆受到侵蚀的主要孔隙;大量结晶物聚集在砂浆孔隙中并结晶膨胀造成了砂浆的物理结晶侵蚀;掺入适量的活性矿物掺合料能有效降低砂浆中孔径在30nm以上毛细孔的数量,提高砂浆抗硫酸盐结晶侵蚀能力。     

Suppression of crystal nucleation in polydisperse colloids due to increase of the surface free energy

The formation of small crystallites is governed by two competing factors: the free energy gained upon transferring constituent atoms, molecules or colloidal particles from the metastable liquid to the more stable solid, and the free energy needed to create the surface area of the crystallite. Because the ratio of surface area to bulk is large for small particles, small crystallites dissolve spontaneously under conditions where larger crystallites are stable and macroscopic crystal growth occurs only if spontaneously formed crystallites exceed a critical minimum size. On theoretical grounds, the probability of forming such critical crystal nuclei is expected to increase rapidly with supersaturation. However, experiments show that the rate of crystal nucleation in many systems goes through a maximum as the supersaturation is increased. It is commonly assumed that the nucleation rate peaks because, even though the probability of forming critical nuclei increases with increasing concentration, the rate of growth of such nuclei decreases. Here we report simulations of crystal nucleation in suspensions of colloidal spheres with varying size distributions that show that the probability that critical nuclei will form itself goes through a maximum as the supersaturation is increased. We find that this effect, which is strongest for systems with the broadest particle size distribution, results from an increase with supersaturation of the solid-liquid interfacial free energy. The magnitude of this effect suggests that vitrification at high supersaturations should yield colloidal glasses that are truly amorphous, rather than nano-crystalline.     

矿渣改性硬石膏基胶结材水化硬化研究

通过硬石膏水化率、水化温升、液相离子浓度测定,结合宏观性能试验,对硬石膏基胶结材水化硬化历程,硫酸盐激发剂作用机理,矿渣对硬石膏的改性作用等进行了研究.结果表明:硫酸盐促进硬石膏溶解,提高液相浓度和过饱和度,加快二水石膏晶体成核与生长速率;矿渣水化形成钙矾石与水化硅酸钙等水硬性矿物,使硬石膏硬化体强度与耐水性提高,矿渣水化与硬石膏水化相互促进;采用硫酸盐激发、矿渣改性的硬石膏基胶结材具有强度较高、耐水性较好、干缩率较小的特点,其水化硬化经历了快速溶解反应期、水化潜伏期、加速水化期、稳定水化期和缓慢水化期等5个阶段.胶结材凝结时间取决于潜伏期,加速水化期和稳定水化期是硬化体结构致密和强度发展的主要阶段.     

反溶剂重结晶法制备硫酸沙丁胺醇颗粒

实验采用反溶剂重结晶法对硫酸沙丁胺醇进行超细化。将乙醇、异丙醇、丙酮作为反溶剂进行了对比实验，最后选定丙酮作为该体系的反溶剂，并且确定了最佳反溶剂和溶液的体积比为10∶1。结果证明，体系的过饱和度ΔC越大重结晶所得到的颗粒就越小，采用反加法、低温、高搅拌速度能够增大体系的过饱和度，得到 300nm的针状颗粒产品。     

修正的混凝土内硫酸根离子迁移模型研究

研究因硫酸盐侵蚀导致的混凝土密实,建立了基于Fick扩散方程的考虑混凝土孔隙填充和离子迁移时间依赖关系的硫酸根离子迁移模型。模型从已有试验数据中得到了较好验证。硫酸钠溶液环境下,运用Comsol Multiphysics软件模拟混凝土内硫酸根离子的运移,分析了离子在混凝土内随时间和空间的分布以及混凝土的破坏规律。研究表明:混凝土内的硫酸根离子浓度随时间增加逐渐增加,增速急剧降低;随离子侵入深度增加,逐渐降低。孔隙填充对离子随时间侵入的影响很大。考虑密实的混凝土内硫酸根离子含量明显较小。外界硫酸根离子浓度越高,混凝土内离子含量越大,含量随时间的增加差距增加,增幅变化不大。混凝土受硫酸盐侵蚀是逐渐从表面向内的开裂破坏。     

冷冻法卤水脱硝技术改进的研究

采用间歇冷冻法考察了不同降温速率下芒硝晶体粒度及分布情况,研究了芒硝结晶成长速率数学模型.结果表明,在卤水冷冻脱硝过程中通过控制降温速率为0.24℃/min,将过饱和度控制在介稳区内,利于结晶过程的操作,并且可以得到平均粒径为300μm芒硝晶体,以满足芒硝与卤水的沉降分离要求.     

THE MECHANISM AND ENHANCING METHODS OF SOLVENTING OUT CRYSTALLIZATION

溶析结晶广泛用于有机工业结晶过程,但目前溶析结晶过程普遍存在着以下问题：晶体主粒度小,变异系数高;产品过滤分离难度大,杂质含量高．针对这些问题,本文研究了溶析结晶体系的介稳区性质,并采用了如下几种强化方法：用压力溶解和静置冷却来提高过饱和度;在沉淀剂中添加表面活性剂以及采用弹性叶片摩擦和超声波刺激来提高成核速率;动静态交替育晶减少生长分散;加入促进构型转变的物质获得所需晶型的晶体;按照最佳操作程序流加沉淀剂维持恒定的结晶过饱和度等．实验证明,采用这些方法可以显著地提高溶析结晶产品的质量．