圆盘反应器成膜性的持液量研究

本文以工业聚酯终缩聚圆盘反应器开发应用为研究背景，对不同直径圆盘反应器的成膜性和持液量作了较为详细的研究，首先考察了物料粘弹性、盘径和转速对成膜性的影响，以对成膜性观察为基础，通过成膜机理分析提出了粘附膜和下垂膜的概念，并由此推论圆盘反应器应存在一最佳成转速范围，然后给出了持液量关联式，不但为该反应器表面更新及脱挥速率的深入研究拓宽思路和视野，而且为工业圆盘反应器转速确定及搅拌轴设计提供理论依据。     

圆盘反应器流场数值模拟

以圆盘反应器的开发和应用为背景,根据反应器内气液两相的流动特点和接触方式,采用流体体积函数(VOF)模型研究圆盘表面液膜厚度、速度分布和槽内液相流型,得到反应器的流场特性。从轴功率、持液量两方面对反应器性能进行研究,并考察了流场和性能的关系。结果表明,圆盘表面液膜分为起始区、加速区和匀速区。起始区液膜厚,速度慢,部分液体回流;加速区液膜变薄,加速,表面更新快;匀速区膜厚和速度变化较小。液相主体以Stewartson流型为主,盘间距对液相流型影响明显。圆盘液膜与槽内液相通过"垂直涡"进行物质传递,当圆盘间距与圆盘直径之比(L/D)为0.2~0.4时,最有利于两者混合和物质传递。将数值模拟和量纲分析结合,得到功率数(NP)和平均膜厚表达式,并与文献进行比较,表明计算流体力学(CFD)方法能够较好的模拟圆盘反应器内流体力学特性,预测流场和性能。     

垂直圆盘液膜厚度特性实验研究

垂直圆盘表面液膜厚度受离心力、重力、黏性力以及惯性力等多重因素的影响,合力随着位置的变化而变化,液膜分布复杂。借助激光探头测量圆盘表面不同位置处液膜厚度随物性及转速的变化规律,结果表明:固定位置处液膜厚度与转速非正相关,部分区域膜厚随转速的增加先增加,出现极值后减小至某一恒定值,而部分区域膜厚与转速成递增函数关系后便达到恒定值。圆盘表面的成膜性与黏度和转速关系密切,低黏物系在低转速时,盘面很难成膜;随着转速的提高,部分区域成膜,但整体成膜率低;当黏度提高后,低转速下就能达到高成膜率。固定物系与转速,旋转圆盘不同位置处膜厚存在差异,均一性较差,在设计圆盘时,简单用平均膜厚表征圆盘表面液膜特性可能会失真。     

溶胶-凝胶法制备ZrO2/SiO2复合凝胶膜的研究

溶胶-凝胶法制备ZrO2/SiO2复合无机膜时用正交试验法系统地研究了各因素对溶胶稳定性和ZrO2/SiO2复合无机膜成膜性的影响。研究表明:溶胶浓度、加水量、催化剂和控制干燥化学添加剂DMF是制备良好成膜性溶胶的关键因素。DMF在加入量超过一定比例后对抑制膜层开裂有明显作用。研究给出了成膜性优良的硅溶胶组分比例。     

圆盘反应器液膜表面更新数值模拟

以圆盘反应器的开发和放大为背景,通过理论分析将液膜更新频率与液膜变形相关联,运用VOF模型研究竖直旋转圆盘液膜更新频率空间分布特性;将量纲分析与数值模拟相结合考察影响普通圆盘液膜平均更新频率的相关因素;从表面更新的角度研究自由膜与附壁膜的差异,优化圆盘结构。结果表明:圆盘表面液膜加速区液膜更新频率最快,较其他区域高150%,较平均值高75%;获得了普通圆盘液膜平均更新频率表达式;圆盘开窗形成自由膜,更新频率比附壁膜高40%以上;相同面积圆形窗区域自由膜更新频率比扇形窗自由膜高34%,但是扇形窗自由膜对附壁膜强化作用更明显。     

卧式双轴圆盘反应器传质特性研究

以聚酯生产为应用背景 ,用中、高粘糖浆作模拟物料 ,通过 CO2 气体在糖浆中的“等速吸收法”,测量了卧式双轴圆盘反应器在多种条件下的容积传质系数 KLα,并结合圆盘桨上的成膜情况和搅拌体系的流型进行了具体分析 ,得出了 KLα与搅拌转速、桨叶数、装料系数、物料粘度 ,以及在圆盘桨上设置刮刀等因素之间的影响关系 ,为中试研究提供了依据     

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.     

圆盘反应器中的PET缩聚过程

利用薄膜实验研究了PET缩聚过程反应和传质规律 ,建立了链增长、链降解反应动力学模型和泡沫脱挥时的传质速率方程 ;通过冷模实验研究了圆盘反应器中PET的混合、流动、成膜、膜表面更新以及传质规律 ;综合了反应和反应器研究结果 ,建立了圆盘反应器中的PET缩聚过程模型 ,对圆盘反应器中的PET缩聚过程进行了仿真分析 ,考察了温度、压力、停留时间、转速、催化剂浓度、负荷大小等各种因素的影响     

湿法成膜法制备聚氨酯微孔膜过程中的非溶剂效应

通过湿法成膜制备了聚氨酯(PU)微孔膜,从实验和量化计算两个方面研究了不同非溶剂对PU铸膜液成膜速率及膜结构的影响。实验结果表明:各非溶剂对PU铸膜液成膜速率的影响从大到小依次为水、甲醇、乙醇、异丙醇,而铸膜液在醇类非溶剂中更易形成形貌均一、分布均匀的多孔结构,其中采用乙醇和异丙醇非溶剂体系得到的PU微孔膜,不但具有相似的形貌而且其成膜速率相近。量化计算结果表明:成膜速率与溶剂-非溶剂间所形成氢键的强度密切相关。     

聚酯终聚反应器脱挥结构分析

分析了聚酯终聚反应器在工作中对传质机构的结构要求和对策。讨论了各种可能实现的结构，并逐一分析了其优缺点和可实现性，并重点研究了圆盘成膜机构的工作原理和主要结构因素，对成膜“脱挥”的影响，提出了主要参数选择的意见。认为螺旋形成膜结构有其特有的优越性，应予重视。     

聚酯装置终聚釜反应机理及工艺优化探讨

通过对终聚反应机理及工艺优化的探讨,以提高聚酯装置生成熔体的质量。具体方法是根据生产负荷的变化,控制入口液位在适当范围内,并通过调整搅拌转速,使釜内物料达到最佳成膜效果,以保证物料在正常真空度条件下以最低的反应温度、最短的停留时间完成终聚反应,同时最大限度地减少副反应。通过以上措施,有效降低了聚酯熔体的端羧基含量及 b 值。因此终聚反应工艺优化的核心是控制终聚釜入口液位,稳定真空度及真空蝶阀开度。     

流体弹性对圆盘反应器功率特性的影响

以工业聚酯终缩聚圆盘反应器开发应用为研究背景 ,分别考察了圆盘反应器在黏性和黏弹性介质中的功率特性 ,通过对两种实验介质中功率特性的比较 ,得出弹性对圆盘反应器功率消耗的影响程度 ,并给出相应的功率消耗关联式 ,为聚酯终缩聚圆盘反应器国产化开发应用提供功率设计依据 .     

A study on the polymer layer-forming phenomena in a rotating disk polycondensation reactor

An experimental study is reported on the measurement of polymer melt film thickness in a rotating disk polycondensation reactor. The layer thickness of molten poly(ethylene terephthalate) on a rotating disk was measured at 280°C using an electrical conductivity probe at different radial and angular positions. It was observed that the polymer film thickness was not uniform in both radial and angular positions, particularly for high molecular weight polymers. For the slowly rotating disk system employed in our experimental study, the disk rotational speed and gravity effects on the polymer-layer formation were found to be quite significant. The experimental results were used to develop an empirical correlation for the calculation of polymer film thickness and polymer melt holdup on a rotating disk. © 1995 John Wiley & Sons, Inc.     

超声波湿法混炼炭黑/天然橡胶复合材料的性能研究

利用超声波的乳化均质作用,将经水湿润的炭黑与稀释的天然胶乳混合均匀,然后采用蒸发成膜法和胶凝成膜法制备胶膜(炭黑/天然橡胶复合材料),探究制膜方法及超声波处理时间和功率对胶膜性能的影响。结果表明:蒸发成膜法成膜时间过长,打开的炭黑二次结构重新团聚,胶膜中炭黑分散性差,胶膜的拉伸强度较小,而胶凝成膜法稳定性更高,胶膜中炭黑分散性好;超声波处理时间为90 s、功率为840~960 W时,超声波的乳化均质效果最好,炭黑二次结构打开程度更高,此时采用胶凝成膜法制备胶膜,成膜速度快,炭黑来不及团聚,胶膜中炭黑分散性较好和结合橡胶较多,胶膜的拉伸强度较大。     

微醇解-液相增黏法制备高品质再生聚酯

为了寻求低成本、高附加值的再生方法,提出了微醇解与液相增黏结合的方式回收废旧聚酯(PET)纺织品。通过工艺探索及优化,确定了最佳工艺参数为:m[Zn(OAc)2]∶m(EG)∶m(PET)=1∶2.5∶1 000,醇解温度280℃,醇解时间10 min,自由沉降反应器温度275℃、压力4.0×104Pa,圆盘成膜反应器温度280℃、压力100 Pa。制备的再生PET熔体的特性黏度为0.658 d L/g,多分散性系数为2.14。与不经微醇解直接液相增黏的工艺对比,该再生方法使过滤器使用周期延长1.8倍,螺杆的加热和电机功率降低16%,节约了大量的能耗;且能够有效解决液相增黏过程中旋风分离器管道与反应釜之间管道堵塞和蒸汽喷射泵冷凝器易结焦的问题。     

圆盘反应器的混合特性

以工业聚酯终缩聚圆盘反应器开发应用为研究背景,分别考察了介质粘性、弹性、盘径和盘间距对圆盘反应器流型及宏观混合时间的影响,实验结果表明：高粘,弹性,高剪切和小的盘间距有利于混合;釜径增大,混合效率降低。     

Best operating conditions to produce hydroxyapatite nanoparticles by means of a spinning disc reactor

In this work, Mg²⁺ doped hydroxyapatite (Mg-HAP) nanoparticles were produced by a reactionprecipitation process by using a spinning disc reactor (SDR) at high rotational speed. The production process of these nanoparticles consisted of the neutralization reaction between two aqueous solutions of calcium chloride and ammonia orthophosphate at room temperature. By operating at pH = 10, a high purity Mg-HAP nanoparticles were obtained. In particular, they were 51 nm in average size when the two reagents were fed over the disc symmetrically at 3 cm from the disc center and a rotational speed of the disc reactor equal to 1400 r/min was adopted.