搅拌釜内固-液悬浮体系的CFD-DEM模拟(英文)

Computational fluid dynamics-discrete element method （CFD-DEM） coupled approach was employed to simulate the solid suspension behavior in a Rushton stirred tank with consideration of transitional and rotational motions of millions of particles with complex interactions with liquid and the rotating impeller. The simulations were satisfactorily validated with experimental data in literature in terms of measured particle velocities in the tank. Influences of operating conditions and physical properties of particles （i.e., particle diameter and density） on the two-phase flow field in the stirred tank involving particle distribution, particle velocity and vortex were studied. The wide distribution of particle angular velocity ranging from 0 to 105 r·min-1 is revealed. The Magnus force is comparable to the drag force during the particle movement in the tank. The strong particle rotation will generate extra shear force on the particles so that the particle morphology may be affected, especially in the bio-/polymer-product related processes. It can be concluded that the CFD-DEM coupled approach provides a theoretical way to under-stand the physics of particle movement in micro-to macro-scales in the solid suspension of a stirred tank.     

热等离子体煤制乙炔裂解气烃类循环过程分析

针对等离子体煤裂解制乙炔过程, 提出了将过程裂解气中副产的烃类分离, 循环输入等离子体反应器的新型工艺流程。基于新疆天业2 MW示范平台装置的典型运行参数, 采用热力学分析手段, 理论上分析了该工艺流程对于体系乙炔产量、单位质量乙炔煤耗和裂解电耗等的影响。结果表明, 裂解气烃类循环可以有效提高裂解气中乙炔浓度和产率, 同时减少煤粉输送气等流程气体的使用。典型操作条件下, 采用裂解气烃类循环工艺可以增加35.6%的乙炔收率和13.4%的氢气收率, 降低30%的单位乙炔煤耗和裂解电耗, 是高效可行的优化方案。     

液滴流微反应器的基础研究及其应用

综述了近些年来快速发展的液滴微流控技术, 回顾了微流控系统中液滴的基本行为, 如液滴的生成、运动、聚并和分裂等研究进展, 重点探讨微液滴作为反应器其内部的流动、传质和反应过程, 以及液滴流微反应器已有的和潜在的重要应用价值。通过精确调控液滴在微尺度上的行为(产生、聚并与分裂、内部的混合与反应等), 使单个液滴成为新型受限空间内的微型间歇反应器, 而微通道内的液滴流进而形成了若干间歇反应器构成的连续流反应器新型式。除了微流控技术普遍具有的微小尺寸效应带来传质传热强化、易于放大等优势外, 液滴流微反应器还具有诸如避免试剂交叉污染、液滴内部可控混合、易于独立调控、便于高通量筛选或者制备等独特特点, 使得其在功能材料制备、化学合成以及生物化工方面有着广泛的应用。     

气液等离子体过程强化技术及其在高级氧化过程的应用

气液等离子体过程强化技术是20世纪80年代发展起来的一门新兴交叉学科,在高级氧化过程、液相化学合成和纳米材料制备等领域具有巨大的研究与应用价值。从化学工程的角度理解,气液等离子体过程强化技术的本质是特殊外场作用下的多相传递与反应过程,其中涉及高能电子碰撞、化学活性组分氧化、紫外光解和冲击波等多种物理与化学作用。由于气液等离子体过程强化技术本身的复杂性及多学科交叉性,对其复杂的物理与化学耦合机理还未得到充分认识,同时缺乏对气液等离子体反应器的系统研究及设计指导,从而极大程度地限制了该技术的进一步应用和发展。为全面认识气液等离子体过程强化技术,本文综述了近年来有关气液等离子体过程强化技术的诊断及机理研究进展,并剖析了气液等离子体反应器的设计思路,同时回顾和展望了气液等离子体高级氧化过程的最新研究进展,讨论了气液等离子体过程强化技术的研究方向。     

铁矾渣热分解行为及焙烧脱硫机理研究

采用TG-DSC和高温原位XRD分析方法对铁矾渣热分解过程进行研究,并通过电阻炉对铁矾渣进行焙烧脱硫预处理。结果表明,铁矾渣热分解过程主要存在两个分解反应,分别是NaFe_3(SO_4)_2(OH)_6和Fe_2(SO_4)_3的分解,800℃后的焙烧产物主要是ZnO·Fe_2O_3和Fe_2O_3;采用Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法计算出铁矾渣在350~450℃和630~800℃范围内两个分解反应的表观活化能分别为150、170kJ/mol,两个反应均受界面化学反应控制,反应的机理函数G(α)分别为1-(1-α)~(1/3)和1-(1-α)~(1/2)。焙烧脱硫结果表明,在中性气氛、温度1 300℃、焙烧时间20min、气体流量0.4m~3/h的条件下,铁矾渣脱硫率为98.57%,焙烧脱硫后,铁矾渣中的黄钠铁矾转化为ZnO·Fe_2O_3和Fe_2O_3,重金属离子得到固化,有害元素得到有效脱除。     

流态化及流固接触技术

流态化和流固接触技术是化学工程及相关学科中一个非常重要的研究领域,在石油化工和煤燃烧等生产过程中得到广泛的应用。流态化和流固接触技术是化石燃料加工的关键性技术。综述了目前流态化研究和应用的状况,对其所面临的主要问题作了深入的分析,指出流态化有望在开拓应用领域、发展新的研究方法和测量技术等方面取得较大的突破。     

液-液快速混合设备研究进展

在分析了液-液混合机理的基础上,对几类常用的液一液快速混合设备及其混合过程机理方面的研究进行了全面的综述。在结合大量专利所涉及的工业混合设备分析的基础上,总结了射流喷射混合器、撞击流混合器、静态混合器、动态混合器等4类液-液快速混合设备的混合机理及各类混合设备的优缺点,并展望了工业液-液快速混合设备的研究前景。     

面激光诱导荧光技术用于快速液液微观混合研究

建立了面激光诱导荧光技术研究液液微观混合过程的实验方法,在无干扰流场条件下,研究了毫米尺度流道内、错流接触的两股液膜的时空混合行为,以可视化的手段揭示了液液微观混合过程的二维瞬态浓度场,发现了液膜快速错流接触后形成的有序波形涡结构,涡的尺度大小为1～2 mm,涡的发展过程是影响两股流体混合的主要因素.同时建立了混合过程的定量表征方法,用混合液膜中组分的离析度（intensity of segregation, IOS）定量描述了混合过程所达到的程度,获得了不同液膜流速下液液混合过程IOS值随着液体流动方向的变化趋势图,并分析了两股液膜之间的速率比以及混合液膜的Reynolds数对混合过程的影响.     

双颗粒提升管中细颗粒的混合行为研究(Ⅱ)──弥散颗粒的轴径向混合行为

利用磷光颗粒示踪技术,使用点源示踪的方法在不同的径向位置测得反映颗粒径向扩散行为的停留时间分布曲线,并对弥散细颗粒的径向混合行为进行了分析．提出二维扩散模型描述所测量的停留时间分布曲线特征．实验发现弥散细颗粒的径向扩散Peclet数随粗颗粒加入量的增加而增加,随细颗粒浓度的增大而增大,而几乎不随气速变化．给出了一个与实验数据吻合较好并可适用于单颗粒提升管的关联式．     

热等离子体裂解煤制乙炔的研究进展

热等离子体裂解煤制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条有前景的、清洁的转化途径,有望成为替代传统的电石法乙炔生产工艺的新技术。本文对等离子体煤裂解制乙炔的实验室及工业中试研究进行了评述,综述了该过程在反应体系热力学分析、实验室和工业中试规模实验研究以及产物气急冷技术等方面的研究进展,分析了该过程在工业化进程中尚存在的关键性问题,提出有待深入开展的基础研究方向。