强制循环蒸发结晶中传质规律的研究

对隔膜法制烧碱中强制内循环蒸发结晶系统中传质的影响规律进行了深入研究，根据扩散理论和Frossling方程，建立了传质影响规律的数学模型，并将宏观可控参数与微观结晶粒度相结合，建立了物料流速影响无机盐结晶晶体粒度尺寸的数学模型．用齐鲁石化工艺数据对此数学模型进行验证，结果表明数学模型计算值与实验值的平均误差为8．5%，最大误差为11．1%．该研究对深刻认识传质对蒸发结晶系统的影响规律有理论价值，对氯碱工业生产操作亦有一定的指导作用．     

对二甲苯悬浮结晶与晶体流动分布特性研究

为深入研究对二甲苯悬浮结晶过程与晶体流动分布特性，明确影响结晶的关键因素，将欧拉-欧拉多相流模型与粒数衡算方程(PBM)耦合，关联晶体成核速率和生长速率方程，模拟求解了对二甲苯的结晶与分布情况。结果表明：随着流动时间的增加，结晶器内的混合程度逐渐增加，30 s后流场基本保持稳定。流体在结晶器内主要为内循环流动与局部涡流并存，各区域温度差异很小，晶体在涡流区域的体积分数大于涡流区域附近的体积分数。粒度分布最大位置位于结晶器下挡板以及底部，随着区域流速的增大，晶体体积分数逐渐减小，流速大于1.40 m/s时不利于晶体生长，在工业生产时应避免结晶器内流速大于1.40 m/s。结晶器内0.01 mm晶体的不均匀度为0.000 7,随着晶体粒径增大，大粒径晶体不均匀度逐渐增加；晶体粒度分布整体呈正态分布，其中0.03～0.05 mm粒径的晶体数量最多，占晶体总量的44.5%。本文实现了复杂流场下的结晶过程模拟仿真，所得结果揭示了结晶器内对二甲苯的成核生长规律，为优化创新对二甲苯结晶分离提供了依据和理论指导。     

基于光测法的晶种量对结晶动力学影响研究

为进一步探究晶种添加量对于结晶动力学尤其是生长动力学的影响,以KNO3-H2O溶液为模型体系,结合光测法开展了添加晶种的间歇冷却结晶动力学实验.通过测定可反映结晶固相信息的体系透光率的变化曲线,结合溶液质量比和相对过饱和度等实测数据,借用前期所建的模型方程,拟合得到了结晶体系的成核与生长动力学参数.在此基础上,运用回代计算的方法,考察并分析了晶种添加量对于结晶成核与生长动力学的影响.结果表明:随着晶种添加量的提高,结晶体系的成核效应逐渐减弱,生长效应逐渐增强,晶体产品的粒度更趋于均匀;同时,单个晶体的线性生长速率却有所下降,从而导致产品的平均粒度减小.     

Ca(OH)_2–H_2O–CO_2系统气液反应结晶实验研究

通过实验方法研究饱和氢氧化钙溶液与CO_2反应结晶生成碳酸钙沉淀的过程.研究不同操作条件对体积传质系数、反应结晶速率以及产品最终粒度分布的影响.实验结果表明:气液体积传质系数随着搅拌速率与气体流量的增加而增加;反应结晶速率随着搅拌速率、气体流量与CO_2体积分数的增加而增加;而晶体平均尺寸随着搅拌速率和CO_2体积分数的增加而降低;气体流量对晶体的粒度分布无显著影响.碳酸钙晶体同时存在生长与聚并现象.     

谷氨酸阴离子和晶种对晶体成核与生长的影响

研究了谷氨酸阴离子（Ｇ－）和晶种对其晶体二次成核与生长的影响．结果表明成核速率随晶种粒度和晶种量减少而减少；在高过饱和度时Ｇ－对成核有促进作用，而在低过饱和度时则有抑制作用；晶体生长速率随粒度减小而增大；Ｇ－对晶体生长有抑制作用；结晶时使用粒度小的晶种可得到粒度分布较均匀的晶体．     

氧化铝种分过程粒度分布的动态模型

将实验室实验、工业试验与数值仿真(计算)方法相结合,以种分过程中的动力学规律和粒数衡算为基础,以MATLAB/Simulink软件为主要开发工具,根据种分过程的粒度变化特性,以MSMPR结晶器为对象,建立种分槽晶体成核、生长和附聚相结合的粒度衡算模型.根据不同温度下的实验数据,利用矩量法对种分过程的重要参数--附聚核β和成核速率RN进行求解.计算结果表明:附聚核在70℃左右达到最大值,成核速率则一直随着温度的升高而降低;用MATLAB/Simulink软件求解粒度模型,对不同工艺条件下种分过程的粒度分布进行预测,将预测结果与工业试验数据进行比较,相对误差低于10%.     

多相混输管道水合物生成及其浆液输送

根据经典的理论研究,依托良好的实验条件,对多相混输管道水合物生成及其浆液输送规律进行研究。结果表明:综合结晶本征动力学传热与传质所建立的水合物壳双向生长模型能有效预测油水乳状液下水合物生成过程中的气体消耗量;在高压水合物生成实验环道上,借助FBRM(颗粒粒度分析仪)和PVM(颗粒录影显微仪)设备可探究水合物生成过程中颗粒/液滴的分布规律;考虑到多相混输管道水合物浆液的输送安全性,流动须满足"最低安全流量"的要求;在高压水合物生成实验环道上,可直观研究不同含水率下天然气-水合物浆液的流型特点。     

化学气相淀积反应器中超细粒子的形态控制 Ⅲ.TiO_2超细粒子晶体组成

在超细粒子粒度及粒度分布控制模型的基础上,对快相变速率和慢相变速率两种晶型转变情形,建立了化学气相淀积合成超细粒子过程中,表征超细粒子晶体组成及含量的物理模型和数学模型。利用该模型探讨了物系参数和操作参数对超细粒子晶体组成的影响,理论预测和实验结果相一致。     

化学气相合成AIN超细粒子过程模型研究

基于化学气相(CVD)合成超细粒子过程的反应、成核、生长和凝并,考虑CVD反应器中的轴向温度分布,建立了CVD反应器中描述超细粒子粒度及分布的一维过程模型。针对AlCl_3-NH_3-N_2体系化学气相合成AlN超细粒子的过程,研究了AlN粒子形成过程特征和操作参数对其粒度及分布的影响。CVD反应器中的轴向温度分布严重影响AlN粒子合成过程中的化学反应速率、成核速率和生长速率;AlN超细粒子的粒度随AlCl_3浓度的减小和总流量的增加而减小,其粒度分布宽度则随总流量的增加而增大。     

气体水合物晶体成核与生长机理研究

气体水合物的形成要经历溶解、成核、生长阶段，通过对均相成核和异相成核的理论研究，确定了晶核形成所需的的条件。根据对气体水合物晶体生长速率的影响因素分析，从理论上明确了生长速率与传热、传质以及动力学特性之间的规律。     

葡萄糖酸δ-内酯蒸发反应结晶器中结晶动力学的研究

本研究使用独自开发的新型蒸发反应结晶器．测定了一定操作条件下，由间歇操 作向连续操作转化过程中结晶器内结晶的成长和分布情况。根据测得的结晶粒子的尺 寸分布．用统计的方法进行分析，计算出δ－内酯结晶过程中晶核的生成和晶粒的成 长速度．并得到相应的经验方程式．为指导和改进结晶器的操作，或进行模拟放大提 供了理论依据．     

多级连续闪蒸结晶过程的模拟与分析

文中基于物料衡算方程、热量衡算方程、粒数衡算方程、溶解度方程和结晶动力学方程建立了多级连续闪蒸结晶器的数学模型。对于模型中非线性方程组的求解,提出了以结晶内浓度为迭代变量的新迭代算法,该算法初值易确定并具有良好的稳健性和收敛速度,计算结果与文献报道值符合良好。在此基础上以一个KNO₃三级连续闪蒸结晶过程为例考察了首级结晶器的温度和停留时间以及进料浓度对结晶产品粒度分布的影响。     

物理场在蔗糖结晶过程中的作用研究

利用工业结晶过程的粒数恒算原理进行分析后指出，制糖工业结晶过程中的晶体粒度分布明显受到过饱和精液物理场的影响。本论文通过一套可检测晶体生长速率和计算物理场的连续结晶系统证实了这一学术观点。由此可知，为了使得晶体群获得良好的粒度分布，就应该重视结晶设备中精液物理场的作用。     

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．     

高温热表面油料热着火过程的时变模型与实验

针对高温热表面油液蒸发和着火过程的时变特征,考虑这一过程中的对流传质传热,建立了热源作用下油液蒸发与着火理论模型,并通过"热图法"和"奇点分析"求解出控制体着火所需的热源最低温度。以正庚烷为研究对象,对高温热表面油液蒸发与着火过程进行了实验。理论分析与实验表明:油液着火所需的热源最低温度随时间变化较大,尤其在蒸发开始的前10min内,点火温度存在极值,具有明显的时变特征,油液热着火时变模型理论预测结果与实验结果吻合较好,对机舱防火、灭火实践具有一定的参考作用。     

二季戊四醇和季戊四醇分离结晶动力学研究

从结晶粒径与晶核数密度关系，晶体生长速率与成核速率关系着手，研究了二季戊四醇和季戊四醇的结晶动力学特性。通过对两种不同物质结晶特征的分析，成功地从季戊四醇废渣中结晶分离二季戊四醇，一次结晶纯度达到90％以上。     

木糖醇的结晶动力学

应用粒数衡算理论模型,研究了木糖醇的结晶过程,分析了结晶过程的成核、生长机理和影响因素,采用间歇动态法测定了木糖醇的结晶动力学数据,回归了木糖醇的结晶动力学方程参数.研究表明升高温度有利于晶体成核,而且对于晶体生长的影响十分显著,同时当搅拌桨的形式一定时,成核速率随搅拌速率的增加而增大,晶体生长速率取决于溶质扩散速率和表面反应速率的综合作用.本研究为进一步提高木糖醇的工业结晶水平提供了理论依据.     

双组分制备级气相色谱分离过程的数值模拟

在研究分析性气相色谱分离模型的基础上,提出并建立了双组分制备级气相色谱分离过程的数学模型,模型包括物料平衡方程、吸附等温方程和传质方程。描述该过程的数学模型是隐形非线性偏微分方程,通过数值求解模拟分析了柱填充空隙率和流动相流量等不同操作参数对色谱分离的影响,并与文献实验值相比较,结果基本吻合,最大相对误差在4．86％以内,为实现工业放大和生产的最优化操作和控制提供了一定的指导作用。     

Onset of heterogeneous crystal nucleation in colloidal suspensions

The addition of small 'seed' particles to a supersaturated solution can greatly increase the rate at which crystals nucleate. This process is understood, at least qualitatively, when the seed has the same structure as the crystal that it spawns. However, the microscopic mechanism of seeding by a 'foreign' substance is not well understood. Here we report numerical simulations of colloidal crystallization seeded by foreign objects. We perform Monte Carlo simulations to study how smooth spherical seeds of various sizes affect crystallization in a suspension of hard colloidal particles. We compute the free-energy barrier associated with crystal nucleation. A low barrier implies that nucleation is easy. We find that to be effective crystallization promoters, the seed particles need to exceed a well-defined minimum size. Just above this size, seed particles act as crystallization 'catalysts' as newly formed crystallites detach from the seed. In contrast, larger seed particles remain covered by the crystallites that they spawn. This phenomenon should be experimentally observable and can have important consequences for the control of the resulting crystal size distribution.