刮膜式分子蒸馏器传热特性及壁面优化

使用CFD软件建立了刮膜式分子蒸馏器的三维模型,以EHP-EHS混合物为研究对象,并通过编写用户自定义函数（UDF）,研究刮膜式分子蒸馏过程传质存在时的传热特性,得到充分发展的温度场及流场,分析了蒸发壁面温度的分布及转子转速对其影响和局部Nu数的分布。结果表明：液膜表面的升温过程是周期地和波动地达到动态稳定温度的;转子转速越大,周期越小,温度波动次数越多,温度稳定性越好;局部Nu数在刮膜器刮擦的位置突增,刮膜器的刮擦作用是影响平均Nu数增大的主要因素。经过壁面优化,液体湍流程度增大,传热效果得到不同程度的增强,凸起矩形排列、三角形排列、螺旋形排列时平均Nu数分别是光滑蒸发面的1.32倍、1.23倍、1.04倍,为进一步优化刮膜式分子蒸馏器提供参考。     

刮膜式分子蒸馏过程的研究

对刮膜式分子蒸馏传热方程进行数值求解,针对0 25m2 刮膜式分子蒸馏器,以DBP(邻苯二甲酸二正丁酯)为物料进行了模拟计算。初步探讨了进料温度、进料速率2个参数对蒸馏器内头波温度及液膜表面蒸发速率的影响。模拟结果表明,头波温度随进料温度的升高而升高、随进料速率的增大而降低;液膜表面蒸发速率随进料温度的升高而增大,随进料速率的增大而减小。     

降膜流动板结构变化对传热性能的影响

通过实验考察了不同降膜流动板结构对液膜传热性能的影响。实验过程针对光滑平板及新型翅片板进行降液膜传热实验,分析了不同流量不同黏度下不同板结构的降液膜传热性能。水在不同板结构下平均传热系数随着流量的增加而增加,翅片板由于增加液膜湍流程度并改善液相分布状况使平均传热系数相对于平板提高5%—15%。对于蔗糖溶液液膜流速随着黏度的增大而有所降低,换热板表面液膜的湍流程度下降,另一方面黏度增大导致液相与换热板表面的接触角增大换热板润湿面积减小,导致各类板结构传热系数均有所降低,而带有翅片结构的降膜板更适用于高黏度液相传热,尤其在液相流量大于150 L/h时提高10%以上。流动形态及液相物理性质都会影响降膜传热性能,文中通过实验对降膜传热过程提出了强化措施,尤其是通过改进降膜流动板结构优化液膜流动形态强化传热。     

刮膜式分子蒸馏技术精制山茶油的数值模拟

山茶油是一种具有高附加值、丰富保健功能的天然产品。由于目前山茶油的深加工技术尚不完善,采用的化学精炼工艺脱除山茶油中游离脂肪酸时存在皂脚等物质残留问题,难以达到国家标准(GB/T11765—2018)的要求。刮膜式分子蒸馏技术独特的动态膜温和蒸发过程,在精细化工分离与提纯中占据着绝对的优势。为了获得最佳的山茶油分离参数与分离机理,文中采用CFD方法对刮膜式分子蒸馏技术精制山茶油的过程进行数值模拟,结果表明:蒸发器内液膜分布和传热系数变化受转子转速和进料速度影响较大;当蒸发温度为190℃、刮膜器转速为300 r/min、进料速度为900 g/h时系统的综合指标为最佳,该模拟结果对分子蒸馏精制山茶油的工艺优化及工艺参数控制具有较好的参考价值。     

非平整倾斜表面上流动液膜的影响因素分析

基于流体体积函数法(VOF),分别从液体物性和液相入口流速等因素对非平整倾斜表面上的液膜流动特性进行数值模拟,得出流体黏度的增大可增大液膜厚度并降低液膜整体流动速度,但不影响液膜与壁面之间的相位角;流体表面张力影响液膜与壁面之间的相位差及液膜的均匀性;液相入口雷诺数的增大可以增大液膜厚度,当雷诺数增大到一定程度时,液膜厚度不再有明显的变化,且液膜表面趋于光滑。研究结果表明:液膜的流动形式由液体各项物性和液相入口流速共同决定。     

柱式膜组件曝气过程的气液两相流模拟

采用欧拉模型与多孔介质模型对柱式膜组件的曝气过程中气液两相流进行了计算模拟,研究了曝气量、曝气孔数目以及相对位置对膜组件的气液两相分布、流体湍流黏度、液体速度场的影响,模拟数据与实验数据吻合良好。研究结果表明:随着曝气孔数目增加与相对位置均匀排布使得膜组件内气液两相分布更加均匀;湍流黏度随着曝气量增大而增大,当曝气量达到5 m~3×h~(-1)时,湍流黏度不再增加;随着曝气孔数目增加与相对位置的均匀排布使得液体形成较多涡流流动与循环流动。增加曝气孔数目与优化曝气孔相对位置能够有效提高组件内部流场的均匀分布,有利于膜丝的清洗。     

刮膜式分子蒸馏技术理论研究进展

由于实际生产中真空度高且影响因素多,迄今为止有关分子蒸馏的基础理论尚不完善,其工艺及设备结构设计仍主要依靠于经验和实验数据确定,制约了其实现大规模的工业化应用。文中主要从蒸发表面的液体成膜、液膜在加热表面的蒸发过程、气相蒸发分子运动过程以及冷凝面上的气体分子冷凝过程4个方面,综述了国内外学者对分子蒸馏过程的机理研究进展,重点对近年来快速发展的刮膜式分子蒸馏技术进行了详细介绍。在此基础上,提出了未来分子蒸馏技术亟待解决的关键问题,认为高真空条件下的分子流运动行为的研究可揭示工业生产中分子蒸馏的分离原理。     

刮膜式分子蒸馏传质模型及其仿真

分子蒸馏器中加入刮膜器可以增强分子蒸馏过程中的传质效率。以辊筒式刮膜器作为研究对象,利用进料流量、液体浓度、刮膜电机转速以及蒸发器尺寸等主要因素之间的结构关系,建立刮膜式分子蒸馏的数学模型。通过将实验参数代入到该模型可以快速计算出分子蒸馏后流出浓度,并将计算出流出浓度与实际浓度相比较,误差范围缩小到1.5%～2.5%之间,为寻找最佳控制条件提供了参考。将该模型通过MATLAB依次调整每一个参数,研究每一个结构参数对分子蒸馏过程的影响,通过研究仿真图像的变化趋势,使分子蒸馏器的设计可以精确到具体数值,为刮膜式分子蒸馏器的设计提供了依据。     

异形竖管降膜蒸发器管内液膜流动的数值研究

对异形竖管降膜蒸发器的液膜流动进行了数值分析,采用VOF法建立了管内二维气-液两相CFD模型;根据模拟结果讨论了壁面结构、液相物性等参数对液膜流动的影响,并给出了异形竖管降膜蒸发器浓缩一定黏度的物料,其流量的参考操作区间.     

透明管内的喷射升膜蒸发

<正>在化工、食品和制药工业中经常遇到热敏性物料的浓缩问题。液膜式蒸发器属于一次通过式蒸发器,其停留时间足够短,可减压操作,适用于热敏性物料的浓缩。液膜式蒸发器分升膜、降膜和升降膜式,升膜和升降膜蒸发器的升膜部分的输送动力通常用料液泵。郭雪岩等为蒸发浓缩小处理量的热敏性物料而开发了一种新型蒸发器,其升膜的输送动力用蒸气喷射,尽管前人对绝热两相流和垂直管内的流动沸腾进行了大量的研究,对这种特殊的流动沸腾的研究仍是必要的。文献[2]对蒸气加热的恒壁温条件下的蒸气喷射升液的升膜蒸发进行了实验研究和理论分析。本文的喷射升膜蒸发实验研究是在透明的石英管内,在恒热通量下进行,在石英玻璃管外壁镀一层极薄的透明导电膜,这既可以电加热又不影响观察管内的流动现象。本研究包括对蒸气喷射升膜流动状态的观测和恒热通量条件下喷射蒸发传热的实验研究。     

刮膜式分子蒸馏中液体流动形态的研究

分子蒸馏是一种高效的液液分离技术,但由于缺乏对其流体力学性质的认识,使得该项技术还多停留在实验室阶段.本实验通过高速摄像法,以水和丙三醇溶液作为测试液体,在冷模常压下,对在不同操作工况下蒸发壁面上的液膜形态进行图像记录,来研究刮膜式分子蒸馏设备内的流体力学性质.实验发现在整个操作过程中壁面主要出现4种不同的液膜形态:点状分布、线状分布、部分成膜和整体成膜.根据实验数据作出的壁面液体流型图证实了液膜形态与过程的转速,进料速度及物料性质有关.除此之外利用量纲分析法对影响成膜的各因素进行分析,得到与成膜过程相关的三个无量纲数∏1、∏2和∏3.使用非线性最小二乘法对实验数据进行拟合,得到整体成膜状态下方程∏3=f(∏1,∏2)的具体形式,再利用丙三醇作为测试液体验证了方程∏3=f(∏1,∏2)的准确性.结果表明成膜临界速度u*cr作为判断壁面流型的标准是可行的,其大小与过程的雷诺数、韦伯数及设备的高径比有关.成膜临界速度u*cr经验关联式的提出为分子蒸馏设备的理论研究和工业应用提供了参考.     

Quantitative recovery of volatiles from fats and oils by combined high vacuum degassing and thin film molecular distillation

An apparatus is described which in one unit combines conventional high vacuum degassing on cold finger with falling film molecular distillation. The upper part of the cold finger is for the collection of the most volatile substances, while the lower part is for the condensing of substances which are molecular distilled from a wiped falling film. All the connections in the glass apparatus are made from Teflon or Viton-O-rings, and the turning of the rotor in the molecular distillation part is carried out by means of a magnetic coupling. In this way, the risk for contamination is reduced greatly. As all volatile substances after the treatment of the oil are on the same cold finger, the collection can be made by a high vacuum distillation into a small glass chilled with liquid nitrogen. In the bp range of 40–450 C, the apparatus gives recoveries of volatiles in or below the ppm range between 71–114% with coefficients of variance between 5–23%. The recoveries are found with internal standards added before treatment of the oil. Below 70 C, the recoveries drop to some extent. The volatiles are substances with different kinds of functional groups, e.g. hydrocarbons, aldehydes, ketones, acids, esters, lactones, and sulfur containing substances.     

调光膜涂布均匀度控制技术

介绍调光膜制程涂布均匀度控制技术,根据调光膜工作原理以及产品结构,从液晶调配、液晶涂布和液晶固化三个过程控制液晶涂布的均匀性。在保证液晶上涂布均匀的同时,提升生产效率,增加了设备产能。     

Characteristics of a Comb Wiper for the Film Evaporator

In wiped‐film evaporators, wipers with comb‐wiping elements are often used. These elements are made of PTFE or electrocarbon and they bear on the concave evaporating area by the action of centrifugal force. This paper presents results of a study of the characteristics of such a wiper depending on the peripheral liquid load on the top of the evaporator, on the wiper peripheral speed and on the sense of wiper rotation. The shape of the residence‐time distribution curves (RTD curves) and the residence‐time values indicate the existence of three different hydrodynamic regimes for the film passage over the evaporating cylinder depending on operating conditions. Optimum distillation conditions are obtained in a regime with increased liquid retention resulting in a higher residence time. The augmented residence time is a positive factor which enables efficient evaporation to be carried out under gentle conditions at lower evaporator temperatures. It is possible to decrease or increase the passage of a liquid through the evaporator by a factor of two by changing the sense of the wiper's rotation. The obtained results show that there are interesting hydrodynamic conditions with intensive mixing on the evaporating cylinder at lower peripheral speeds. In addition, the longitudinal wave formation before the wiping element is minimized under these conditions.     

分子蒸馏过程的计算流体力学模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,分析了蒸发器上液体负荷、刮膜器旋转速度对蒸发器上液膜厚度变化及液膜中速度矢量的影响。将CFD模拟结果与文献报道的计算值和实验值进行比较,发现具有较好的吻合性,同时可以用模拟计算结果解释一些实验现象。采用脉冲注射示踪剂法测定了蒸发器上流体的平均停留时间分布,与CFD模拟的在刮膜器作用下蒸发器上流体平均停留时间分布数据进行比较,二者的偏差在±8%以内,验证了CFD模拟的准确性。     

Thermooxidative stability of vegetable oils refined by steam vacuum distillation and by molecular distillation

Semi‐refined rapeseed and sunflower oils after degumming and bleaching were refined by deodorization and deacidification in two ways, i.e., by steam vacuum distillation in the deodorization column Lurgi and by molecular distillation in the wiped‐film evaporator. The oxidative stability of the oils before and after the physical refining has been evaluated using non‐isothermal differential scanning calorimetry. Treatment of the experimental data was carried out by applying a new method based on a non‐Arrhenian temperature function. The results reveal that refining by molecular distillation leads to lower oxidative stability of the oils than refining by steam vacuum distillation. Practical applications : (i) A method for the refining of edible oils by the molecular distillation in the wiped film of a short‐path evaporator is presented and applied. (ii) Oxidative stability of the oils refined by molecular distillation and steam vacuum distillation is compared. It has been found that refining by molecular distillation leads to lower oxidative stability of the oils than refining by steam vacuum distillation. (iii) Experimental data were treated by applying a new method based on a non‐Arrhenian temperature function. The method enables trustworthy predictions of oil stabilities for the application temperatures.     

PP2400的流变性能对BOPP成膜性能的影响

本文研究了ＰＰ２４００的流变性能对其ＢＯＰＰ成膜性能的影响。通过与进口ＰＰ进行对比试验，发现ＰＰ２４００的分子量高、粘度大、熔体强度较大。正是由于分子量较高，导致粘度较高，ＰＰ２４００料的塑化度减小，影响了塑化的均匀性，从而造成挤出性能的恶化。指出问题的关键在于如何处理好粘度与熔体强度之间的平衡关系。掺混进口ＢＯＰＰ料，可降低体系的挤出粘度，提高塑化的均匀性，使厚片的厚度与宽度控制精确，并使厚片内应力均匀，对后续成膜工艺相当重要。加大口模长度，延长ＰＰ分子链的松弛时间对改善厚片质量进而提高成膜性能有所裨益。适当提高挤出厚片时的挤出温度，将能改善体系的流动性能，提高塑化的均匀性，减小出口膨胀率