加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅰ:颗粒体积分数分布特性

针对加压煤气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种加压循环流化床的冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1～0.5 MPa)下,平均粒径为137μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒在提升管内的压降和表观颗粒体积分数分布特性.实验结果表明,上升管压降随固气质量比的增大而线性增加,增加的速率随操作压力的增加而增加,且基本不受操作气速和固体通量的影响.加压条件下,表观颗粒体积分数呈上小下大的分布,且随固体通量的增加而增加,随标态表观气速的增加而减小.在固体通量和操作气速一定的情况下,增加操作压力可以显著提高上升管内表观颗粒体积分数,并使其轴向分布更加均匀.     

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.     

布洛芬固体脂微颗粒的制备

用高剪应力乳化法制备了布洛芬固体脂微颗粒(SLM),考察了制备过程中乳化温度、冷却温度、搅拌速率以及初始药物含量等因素对体系性能的影响.发现随乳化温度升高、搅拌速率增大、冷却温度降低,SLM的粒径减小,粒径分布更趋均匀.较低的乳化温度和冷却温度有利于布洛芬在SLM中的包封;而初始药物含量的变化对粒径大小、分布和药物的包封率影响较小.制备布洛芬SLM适宜的工艺条件为:乳化温度85℃、冷却温度5℃、搅拌速率12000 r/min、初始药物含量10%,在该条件下,所制备的布洛芬SLM平均粒径为(3.81±0.12)μm,粒径分布均匀,药物包封率达91.35%±1.18%.相对于纯布洛芬晶体,SLM的完全释放时间从3 h延长至12 h.     

沸腾态气-液-固搅拌槽内宏观混合时间的研究

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽内,采用电导率法研究了沸腾态气-液-固三相体系内混合时间特性。主要考察分散相(气体、颗粒)和功耗对混合时间的影响。实验结果表明：沸腾态搅拌槽内,同转速条件下,颗粒体积分数对单位质量功大小影响较小;仅转速高于480r/min范围内,表观气速增加,体系单位质量功略有下降。颗粒临界悬浮转速随颗粒体积分数的增加而增加,但不随表观气速的变化而发生变化。沸腾态气-液-固三相体系内,混合时间随表观气速或颗粒体积分数的升高而延长。     

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulefian多相流模型、RNG k-ε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率.在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律.研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳.     

反应结晶条件对过碳酸钠颗粒形态的影响

以十水碳酸钠和双氧水为原料,通过单滴加方式制备过碳酸钠球形颗粒,考察了碳酸钠反应液中碳酸钠的质量分数、六偏磷酸钠的质量分数、氯化钠的质量分数、滴加速率和搅拌速率对产品形貌的影响.结果表明:当碳酸钠反应液中碳酸钠质量分数为33%,、六偏磷酸钠质量分数为0.18%,、氯化钠的质量分数为16%,、滴加速率为6,m L/min、搅拌速率为450,r/min时,可得到粒度大小均匀、颗粒圆整且致密性好的球形过碳酸钠颗粒.     

固体颗粒对强化传递性质的多相气升式反应器流体力学影响

研究了加入机械搅拌和静态混合器后对多相气升式反应器流体力学性能的促进作用,重点考察固体颗粒的直径、固含率(固体质量分数,下同)对液体循环速度、气含率(气体体积分数,下同)等的影响。实验证明,对液体循环速度来说,在多相流中并非通气量、搅拌转速越大越好。对气含率而言,多相气升式反应器不但存在临界颗粒直径和临界固含率,还存在一个临界表观气速,在此气速以下,才能产生气含率随固含率增加而增加的现象。最后对气含率、固含率及能量耗散速率作了关联。     

无挡板搅拌槽内固液悬浮的试验

在直径为0.34 m的无挡板平底圆筒搅拌槽内,采用PBT和ZHX两种搅拌桨对固相体积分数为20%的玻璃微珠-水固液两相体系的悬浮特性进行试验研究.采用固体激光器和数码相机分别研究了搅拌桨离底间距和桨型,以及偏心搅拌时偏心率对固相颗粒的悬浮状态与悬浮临界转速及功率消耗的影响,得出了无论是同轴搅拌还是偏心搅拌,搅拌槽底部边缘角落区的颗粒都不能沿周向同时悬浮.搅拌桨离底间距较低有利于颗粒的悬浮,所耗功率愈小,在相同工况下固相颗粒的悬浮效果PBT型桨优于ZHX型桨,偏心搅拌时,颗粒悬浮临界转速和功率消耗均较同轴时的大,且随偏心率的增加而增大,因而,对高浓度固液两相体系的悬浮混合不宜采用偏心的搅拌装置操作.     

多相催化乙烯聚合反应的传质阻滞

本文用高效Ziegler型催化剂及搅拌反应器,对乙烯聚合反应进行动力学和传质的研究。在恒定的温度下,通过改变催化剂投量和搅拌转速,测得各次反应中的乙烯吸收速率,从而求出气液,液固传质系数和反应速率常数。在对产物聚乙烯用扫描电子显微镜拍照的基础上,提出了一个包括气液。液固传质阻滞及催化剂一级失活在内的聚合反应模型,由该模型所得的乙烯吸收速率计算值与实验值比较吻合。就此,对液固传质的成因作了进一步的讨论,认为催化剂颗粒被聚乙烯包裹形成聚合物球粒,若干数目的这些球粒又组成较大的簇团,簇团内球粒间的液体对单体传递所引起的阻碍作用是液固传质的主要阻力。     

强化气液喷射搅拌反应器传质特性研究

气液界面的传质强化是设计高效节能反应器的重要目标.气泡大小是影响气液反应界面传质和最终反应速率的重要流体力学参数.就确定的体系而言,反应器的结构参数和操作参数会对气泡大小产生不同程度的影响,从而影响传质效果.利用溶氧法测定体积传质系数kLa,利用一种图像处理方法测定气液相界面积a,进而得到液相传质系数kL,对某型强化气液喷射搅拌反应器的传质特性进行了研究.探讨了反应器的结构参数和操作参数对于其传质特性的影响,从而更好地理解反应器的传质机理,为反应器的优化提供设计依据.     

发泡剂 ADC 生成过程传质与动力学分析

在间歇搅拌反应器中进行了发泡剂ADC生产过程传质与动力学研究 .考察了搅拌速度、氯气流量、辅助空气流量、固体联二脲浓度、粒度及反应温度对过程速率的影响 .分析了影响过程速率的主要因素 .研究结果表明 ,发泡剂ADC生产过程涉及极其复杂的气液固多相传递与反应过程 ,其中气相反应物氯气的溶解传质过程是影响整个过程速率的主要控制步骤     

泥沙颗粒直径及体积分数对高比转速离心泵的影响

基于小粒径固液两相流在高比转速离心泵内运动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变颗粒直径和含沙水颗粒体积分数的方法,借助Mixture多相流模型扩展的标准k-ε湍流方程与simple算法,应用CFD软件对小粒径颗粒在高比转速离心泵内的流动进行数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,给出离心式泵叶轮的磨损特性.计算结果表明,相同的泥沙体积分数条件下,水泵的扬程随着颗粒直径的增大而下降,相同的泥沙颗粒直径条件下,水泵的扬程随着含沙水流中泥沙体积分数的增大而下降.     

钢液钙处理脱氧脱硫的动力学

通过对钢液钙处理脱氧脱硫过程动力学的研究发现,当钙粒以喂线的形式注入钢水中时,一部分钙溶解,另一部分变为钙气泡,气泡在上浮的过程中与钢液中的氧、硫反应.钙粒的粒径越大,气化后的气泡在钢液中的停留时间和平均上浮速率就越大,脱氧脱硫的传质系数越小;在炼钢温度范围内,上浮速率及停留时间与钢液温度几乎没有关系,但传质系数随温度的增加而增加;随着钢液中氧、硫含量的增加,钙粒的最佳粒径增加;在一定的钢液深度和一定的氧、硫含量时,钙脱氧脱硫的利用率随其粒径的增加而减小;在温度为1 823 K、钢液中硫的质量分数为0.012%以及钢水包的深度为3 m情况下,当Ca的粒径小于0.002 m时,理论上Ca全部转化;当Ca的粒径在0.002～0.003 m时,钙的转化率为84.4%.     

荷电石灰浆雾滴吸收SO2的传质特性分析

在石灰浆荷电雾化脱硫理论分析和试验研究的基础上,建立石灰浆雾滴吸收SO2的传质模型,计算荷电前后不同气液流量,不同n(Ca)/n(S)时的气相传质系数、液相传质系数、总传质系数和增强因子,并进行SO2吸收特性分析.结果表明:n(Ca)/n(S)一定时,随着入口SO2体积分数的增加,脱硫效率增大,SO2吸收速率逐渐增大,增强因子逐渐减小;相同入口SO2体积分数时,加大液气比可以增大脱硫效率,同时使脱硫吸收速率增加,但是增加到一定量后,吸收速率开始下降.无论何种工况,荷电后的吸收速率和增强因子都比非荷电时大,说明荷电对SO2传质和化学反应具有明显促进作用.     

碳酸锰矿浆湿法烟气脱硫反应过程研究

在磁力和机械驱动双搅拌反应器中对碳酸锰矿浆烟气脱硫的反应过程进行实验研究,考察了矿粉粒度、气相搅拌速度、液相搅拌速度、气液接触面积、温度对反应速率的影响.结果表明:总反应速率随气相、液相搅拌速度增加而增加,随反应温度的升高而降低,与气液面积成正比,但气相搅拌速度对反应速率的影响较液相搅拌速度更为明显;碳酸锰矿浆脱硫的反应属气、液扩散同时控制,但气相扩散阻力为主导性因素;碳酸锰矿浆脱除烟气中的SO2的反应过程总体上属于传质速度控制过程而非动力学控制过程,应选用能增强气、液、固三相之间传质的喷射鼓泡反应器作为碳酸锰矿浆烟气脱硫的吸收设备.     

微流控法制备可用于电泳显示微胶囊的微液珠研究

基于微流控技术,提出一种制备电泳显示液微胶囊的新方法,解决了传统电泳微胶囊制备方法中颗粒粒径不均匀、影响显示器件的显示性能及其驱动波形设计等问题.使用2种玻璃汇聚流通道(小型和大型),外相溶液为1.5%明胶阿拉伯胶混合溶液,内相为四氯乙烯溶液.当小型通道和大型通道外相溶液流速与内相溶液体积流速比分别为2∶1和10∶6时,可得到液滴平均直径分别为47μm和315μm的均匀的微液珠.同时,通过调节内外相流速可以精确控制微胶囊粒径大小.与传统机械搅拌法制备的微液珠(52±18.81μm)相比,微流控法制备的微液珠(45±0.28μm)粒径分布得到了很大改善.该方法为电泳显示器显示效果的改善提供了可行方法.     

SiC颗粒特性对无压熔渗SiCp/Al复合材料热物理性能的影响

采用粉末注射成形-无压熔渗相结合技术制备出了电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料. 重点研究了SiC粒径、体积分数以及粒径大小等颗粒特性对所制备复合材料热物理性能的影响规律. 研究结果表明,SiCp/Al复合材料的热导率随SiC粒径的增大和体积分数的增加而增加;SiC粒径的大小对复合材料的热膨胀系数(CTE)没有显著的影响,而其体积分数对CTE的影响较大. CTE随着SiC颗粒体积分数的增加而减小,CTE实验值与基于Turner模型的预测值比较接近. 通过对不同粒径的SiC粉末进行级配,可以实现体积分数在53%～68%、CTE(20～100℃)在7.8×10-6～5.4×10-6K-1、热导率在140～190W·m·K-1范围内变化.     

超声波对固体颗粒表面性质的影响

研究了在不同频率、功率、时间、温度条件下超声波对固体颗粒大小的影响;探讨了超声波对十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)阳离子表面活性剂在固体颗粒表面解吸性能的影响.结果表明:功率越大、时间越长,超声波作用后固体颗粒粒径均值越小.温度升高,固体颗粒的运动性能增强,超声波作用后粒径均值在55℃时最小,且在频率为40 kHz、功率为50 W、作用时间为50 min及55℃时,颗粒长轴均值从12.575μm减小到7.799μm,短轴均值从6.998μm减小到5.453μm.同时超声波发生器的功率越大、时间越长、温度越高,黏土颗粒表面吸附HDTMA的解吸率增大,且当频率为80 kHz、功率为50 W、时间为50 min、温度为65℃时,其解吸率可达64.69%.     

操作参数对催化裂解旋流反应器流动梯度场的影响

为揭示旋流反应器内生物质热解气与催化剂的混合流动状态,加速生物质热解气的催化裂解,利用本实验室自制的生物质催化裂解旋流反应器,采用k-ε模型与Eulerian双流体模型进行模拟分析,研究了入口气速和催化剂粒径对反应器内的固相体积分数、压力、速度的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:速度变量下,轴向气相速度的改变对于反应器内的体积分数分布影响较小,而切向气相速度的影响较大。接触主反应区内,催化剂粒径为10μm左右时,混合程度最优;在反应分离耦合区内,颗粒粒径改变对分离效果无显著影响。4种催化剂粒径工况下,粒径10μm状态更有利于气固两相的分离;入口速度改变时,较大的切向入口速度可导致气体流量增大,有利于反应器内的气固流动,提升气固分离效果。     

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅱ:气固滑移特性

针对加压煤燃烧、气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种上升管内径为0.068 m、高5.2m的加压循环流化床冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1 ～0.5 MPa)下,平均粒径为137 μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒的气固滑移特性.实验结果表明,在固体通量和状态表观气速一定的情况下,随操作压力的增加,上升管内颗粒的表观滑移速度和表观滑移因子逐渐减小,但并未对上升管内的气固滑移特性造成本质影响.与常压情况类似,加压下表观滑移速度、状态表观气速和表观颗粒体积分数之间存在显著的相关性.无量纲滑移速度随表观颗粒体积分数的增加呈幂函数型增加,表观滑移因子随无量纲滑移速度的增加呈指数型增加.