检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：楼琨北京化工大学

学位级别：硕士

气-液搅拌槽中的气液两相可以在搅拌桨的剪切作用下快速、充分的分散和混匀而使得气液搅拌槽具有优良的混合和传质效率,从而在生物发酵、有机合成、氧化、加氢等过程中广泛应用。多孔膜制备微气泡因其结构简单、分散特性好等特点可作为... 详细信息

气-液搅拌槽中的气液两相可以在搅拌桨的剪切作用下快速、充分的分散和混匀而使得气液搅拌槽具有优良的混合和传质效率,从而在生物发酵、有机合成、氧化、加氢等过程中广泛应用。多孔膜制备微气泡因其结构简单、分散特性好等特点可作为气-液搅拌槽内的气体分布装置,该技术与气-液搅拌槽的融合是未来多相搅拌槽发展的方向之一。本文首先在透明方腔流道内采用非侵入式数字图像识别法对金属多孔膜表面生成的微气泡特性进行了实验研究,分析了液相流速、表观气速、液相黏度、液相表面张力和金属多孔膜表面平均孔径对所生成的气泡平均直径(d)的影响。研究结果表明:d随着液相流速的增大而减小,随表观气速的增大和表面张力的减小而减小;黏度对d有双重影响,即随着黏度的增加d先减小后增大,且在黏度为1.32 m Pa·s时d最小。基于实验结果,提出了描述气泡平均直径d与雷诺数Re、毛细管数Ca、气液比u/u 之间关系的经验关联式。然后,将已知气泡生成特性的多孔膜制成气体分布器应用于气-液搅拌槽内,使用两种三层组合桨:六直叶半椭圆管叶涡轮桨和双层下压式四宽叶翼型桨(HEDT+2WH)与三层下压式四宽叶翼型桨(3WH)研究搅拌槽内的传质特性。在相同的操作条件下,研究了直径150 mm的多孔平板气体分布器(FS)与环状气体分布器(RS)的传质性能。结果表明:在输入功率相同时,HEDT+2WH+FS组合的容积传质系数(k a)大于HEDT+2WH+RS组合,而HEDT+2WH+FS组合的k a与3WH+FS组合接近,以上结果表明金属多孔膜气体分布器在气-液搅拌槽内的应用可以有效的提高搅拌槽内传质速率。最后,对搅拌槽内搅拌桨与气体分布器的结构参数进行优化,使用HEDT+2WH组合桨,在相同操作条件下比较了气体分布器分别为FS与FS时的k a,并研究了底桨与气体分布器间距(L)对k a的影响。结果表明,在相同输入功率和相同搅拌桨情况下,不同结构参数所达到的k a值由高至低为FS(L20)>FS(L50)>FS(L50)≈FS(L100)。而当搅拌桨组合为3WH时,通过对比多孔拱形气体分布器(VS)与FS所达到的k a并研究使用VS气体分布器时L对k a的影响,可以发现在相同输入功率下,不同结构参数所达到的k a值由高至低依次为VS(L20)>VS(L50)≈VS(L100)>FS(L50)。

关键词：气-液搅拌槽微孔曝气法金属多孔膜容积传质系数

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CO_2吸收模型中容积传质系数的确定

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材料与冶金学报 2012年第2期11卷 98-101页

作者：郝玲郑朝振章俊李志通刘燕东北大学多金属共生矿生态化利用教育部重点实验室沈阳110819

气泡微细化是"原位机械搅拌法铁水炉外脱硫技术"的关键.气液传质系数是研究气液吸收过程的基本参数.本文根据相似性原理建立水模型实验装置,并通过测定NaOH吸收CO2的速率来研究气泡微细化过程,同时根据吸收原理定量计算出容... 详细信息

气泡微细化是"原位机械搅拌法铁水炉外脱硫技术"的关键.气液传质系数是研究气液吸收过程的基本参数.本文根据相似性原理建立水模型实验装置,并通过测定NaOH吸收CO2的速率来研究气泡微细化过程,同时根据吸收原理定量计算出容积传质系数Ak及CO2气体利用率η.当溶液pH值从12降低到9的过程中,容积传质系数为2.938×10-4 m3/s,本实验所用CO2的利用率的公式可简化为:η=18.98/Qt.本论文的研究结果可为进一步研究吸收速率提供理论依据.

关键词：容积传质系数 CO2利用率水模型气泡微细化

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喷嘴结构对铁水脱硫气泡微细化的影响

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材料与冶金学报 2018年第1期17卷 15-19页

作者：王坤刘燕侯君洋杨永坤张廷安东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室沈阳110819

针对铁水预处理镁蒸气脱硫的气泡微细化问题,本文通过水模型实验,研究了喷嘴结构对气泡在熔池中的分散、CO_2吸收速率和利用率以及均混时间的影响规律.结果表明:使用SSB-D桨,搅拌转速200 r/min,通气流量为1.0 m^3/h,偏心度0.4,浸入深度2... 详细信息

针对铁水预处理镁蒸气脱硫的气泡微细化问题,本文通过水模型实验,研究了喷嘴结构对气泡在熔池中的分散、CO_2吸收速率和利用率以及均混时间的影响规律.结果表明:使用SSB-D桨,搅拌转速200 r/min,通气流量为1.0 m^3/h,偏心度0.4,浸入深度250 mm时,透气砖结构的喷嘴可以使熔池内的气泡分布"死区"减小,同时缩短了均混时间,提高了镁蒸气的容积传质系数和利用率.

关键词：气泡微细化铁水脱硫水模型容积传质系数

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底吹镁蒸气铁水脱硫预处理反应器的物理模拟

底吹镁蒸气铁水脱硫预处理反应器的物理模拟

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作者：侯君洋东北大学

学位级别：硕士

铁水预处理脱硫已经被公认为高炉—转炉—连铸流程中降低钢中硫含量的最经济的工艺。目前国内外常用的铁水预处理脱硫方法主要有KR机械搅拌法和镁喷吹法。张廷安教授课题组提出了具有我国自主知识产权的“原位机械搅拌法脱硫”,在其基础... 详细信息

铁水预处理脱硫已经被公认为高炉—转炉—连铸流程中降低钢中硫含量的最经济的工艺。目前国内外常用的铁水预处理脱硫方法主要有KR机械搅拌法和镁喷吹法。张廷安教授课题组提出了具有我国自主知识产权的“原位机械搅拌法脱硫”,在其基础上,课题组又提出了“结合机械搅拌利用惰性气体携带镁蒸气底吹直接脱硫”的新方法。针对脱硫新方法的研究,本课题基于相似原理建立水模型装置并进行了实验。实验通过高速摄像机拍照,采用PIV流体流场测试方法对不同操作条件下熔池内流体质点流动状态进行系统研究,利用pH测量法测量水模型中NaOH溶液的CO2吸收速率,从而计算溶液的容积传质系数,利用因次分析方法分析得到关联各种因素对气液反应容积传质系数的准数方程,采用刺激响应技术,通过电导率仪测量电导率的变化对熔池内均混时间的影响因素进行研究。实验过程中考察的主要因素有搅拌桨桨型、搅拌转速、喷吹流量、搅拌桨浸入深度、喷嘴结构以及搅拌桨偏心度。此外,通过中心底吹和偏心顶吹对比了两种不同脱硫方法的熔池流体流场行为和均混时间的差别。本文实验结论如下:（1）采用一孔竖直喷嘴、两孔水平喷嘴和四孔水平喷嘴时容器侧壁附近流体速度较大,考虑到高温时铁水对铁水包的冲刷,会减少容器寿命,故上述喷嘴不宜采用,和八孔水平喷嘴相比,采用透气砖喷嘴的流场死区面积更小,故透气砖喷嘴最优;（2）在中心底吹模式下,熔池内流体流场最优条件为:SSB-D搅拌桨,搅拌转速200 rpm,喷吹流量1.5 m3/h,搅拌桨浸入深度250 mm,搅拌桨偏心度0.4,这个条件下流体死区面积小,速度场分布较均匀;（3）采用因次分析的方法,在实验的基础上,对大量数据进行拟合计算得到了偏心搅拌模式下容积传质系数的准数方程关系式为:（?）该拟合方程与实验值基本吻合。（4）在中心底吹模式下,熔池内均混时间最优条件为:SSB-D搅拌桨,搅拌转速150 rpm,喷吹流量1.0 m3/h,搅拌桨浸入深度250 mm,搅拌桨偏心度0.4,8孔水平喷嘴,熔池均混时间最短为7.33 s;（5）在相同实验条件下,对比中心底吹和偏心顶吹对熔池流体流场和均混时间的影响,实验得出中心底吹无论是在流体流场还是熔池均混时间都要明显优于偏心顶吹;综上可见,“结合机械搅拌利用惰性气体携带镁蒸气底吹脱硫”有利于改善铁水流场,加快气液吸收过程,缩短熔池内均混时间,有利于延长气泡在熔池内停留时间,提高脱硫剂的脱硫效率,有利于缩短脱硫时间,降低脱硫温降,有利于减轻环境负荷,有利于可持续发展。

关键词：镁蒸气流体流场容积传质系数准数方程均混时间

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多层桨搅拌槽内的气液传质模拟研究

多层桨搅拌槽内的气液传质模拟研究

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作者：高德扬北京化工大学

学位级别：硕士

气液搅拌反应器广泛的应用于化工中的各个领域,而气液传质是许多工艺过程中的关键控制因素,密切关系到产品的质量与产量。而近年来,随着气液搅拌反应器逐渐向大型化发展,其配备的搅拌桨越来越多的使用多层桨的结构,因为多层桨的使用有... 详细信息

气液搅拌反应器广泛的应用于化工中的各个领域,而气液传质是许多工艺过程中的关键控制因素,密切关系到产品的质量与产量。而近年来,随着气液搅拌反应器逐渐向大型化发展,其配备的搅拌桨越来越多的使用多层桨的结构,因为多层桨的使用有利于搅拌器输入的能量在反应器内部按需分配,并且可以按照具体要求而使用不同功能的组合形式,来实现有利于实际过程的流体循环。随着计算机技术与计算流体力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)的发展,利用计算机对反应器内气液相互作用进行模拟计算正成为气液搅拌反应器科学合理放大的一种高效手段,可以脱离实际实验而对实际工业过程进行估测。本文采用CFD数值模拟的手段,使用CFX软件对于配有三层组合搅拌桨(底桨为HEDT,上两层桨为WHU)的气液搅拌反应器进行模拟。模拟中分别以水与空气作为液相和气相,重点考察了不同的模拟计算方案与不同的传质模型相结合的情况,研究了单位质量功、总体气含率与容积传质系数之间的关系,并与实验值进行对比,探索影响反应器内传质性能的因素,并以此归纳出最优的模拟计算方法并对这些方法做出比较与评价。对于单位质量功,不同的模拟方案与实验值对比的平均误差在2.5%左右；而对于总体气含率的计算结果有一定的偏差,平均误差在14%左右,容积传质系数的平均误差则在12%左右。模拟计算的相对误差在可接受的范围之内,可以为工业放大提供一定的参考。在气液搅拌反应器中,输入功率较大、气液相互作用强烈的区域,对于气液相界面积及传质系数都有着增强的作用,因而具有较大的容积传质系数。研究中采用了四种模拟计算方案与四种传质模型相互结合来进行研究,从中归纳出了四种最优的组合计算方法。四种方法各有优劣,具有不同的适用方位：采用低精度的标准k-ε模型与小涡模型的计算方法有着不错的准确度且计算简单,但在局部量的分布预测时存在一定的问题；采用高精度的标准k-ε模型与速度滑移模型的计算方法对于容积传质系数的计算准确度最高但是计算其它的参数时偏差较大；采用RNG κ-ε模型与速度滑移模型的计算方法综合考虑其计算精度最高,但是其计算精度并没有比其它的组合计算方法有着阶跃性的提升且计算复杂,所以综合考虑计算精度与计算机时,此方法可能不是最优的选择；采用k-εEARSM模型与小涡模型的计算方法适用于高表观气速的条件但是实用性不够广泛。

关键词：气液搅拌多层桨数值模拟容积传质系数数值计算模型

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多层组合桨搅拌槽内通气功率和传质性能研究

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北京化工大学学报（自然科学版） 2015年第5期42卷 41-46页

作者：张津津高正明蔡雅婷包雨云北京化工大学化学工程学院北京100029

在内径为300 mm的搅拌槽内,用六叶半椭圆管叶盘式涡轮桨(HEDT)、抛物线管叶盘式涡轮桨(PDT)和轴流式四叶宽叶翼型桨(WH)上提操作方式(U)和下压操作方式(D)组成的3种组合桨HEDT+2WHU,HEDT+2WHD和PDT+2WHD研究了不同操作条件下各组合桨的... 详细信息

在内径为300 mm的搅拌槽内,用六叶半椭圆管叶盘式涡轮桨(HEDT)、抛物线管叶盘式涡轮桨(PDT)和轴流式四叶宽叶翼型桨(WH)上提操作方式(U)和下压操作方式(D)组成的3种组合桨HEDT+2WHU,HEDT+2WHD和PDT+2WHD研究了不同操作条件下各组合桨的通气功率和传质性能。结果表明,各组合桨的相对功率需求(RPD)都随着转速和通气准数的增大而减小,HEDT+2WHU桨的RPD在实验操作条件下一直维持在0.75以上,大于另外两种组合桨;3种组合桨的容积传质系数kLa都随着功耗和表观气速uG的增大而增大,并且当气速较小时,增大气速可以大幅度增大kLa,但随着气量的增加,kLa的增大幅度有所减小;小气量下3种组合桨的kLa差别不大,但大气量下差别明显;PDT+2WHD在气速uG=0.0078~0.039 m/s时表现出最好的传质性能,PDT+2WHD、HEDT+2WHD在uG=0.039 m/s时的传质性能明显优于HEDT+2WHU。基于实验数据,回归得3种组合桨的功率准数和传质系数的关联式,可用于工业设计及应用。

关键词：搅拌槽通气功率容积传质系数多层桨

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热态气-液多层桨搅拌槽内的气液分散和传质性能

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北京化工大学学报（自然科学版） 2015年第6期42卷 15-20页

作者：张津津高正明尹连清包雨云北京化工大学化学工程学院北京100029

在直径为0.30 m的不锈钢搅拌槽中,采用半椭圆管盘式涡轮(HEDT)为底桨,上提操作的宽叶翼形桨(WHU)为中、上层桨的三层组合桨,研究了25~80℃范围内气-液两相体系中的气液分散和传质性能。结果表明,气含率随温度升高而明显降低,80℃时的气... 详细信息

在直径为0.30 m的不锈钢搅拌槽中,采用半椭圆管盘式涡轮(HEDT)为底桨,上提操作的宽叶翼形桨(WHU)为中、上层桨的三层组合桨,研究了25~80℃范围内气-液两相体系中的气液分散和传质性能。结果表明,气含率随温度升高而明显降低,80℃时的气含率仅为25℃时气含率的58.8%;容积传质系数(kLa)受温度的影响很小,温度从25℃上升到80℃,kLa仅增大了2%,理论计算得出80℃下kLa比25℃下增大4%,与实验值基本相符;依实验数据关联得到不同温度下的气含率和kLa与温度、功率和表观气速的经验关联式以及无因次准数关联式,关联式计算值与实验值误差在±10%以内。通过对比经验关联式中功耗、表观气速和温度的指数可以看出,气含率受温度影响最大,表观气速对气含率的影响大于功耗对气含率的影响;而功耗对kLa的影响最大,功耗影响的指数分别是表观气速和温度对kLa影响指数的2倍和4倍。

关键词：搅拌槽气含率容积传质系数

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气-液-固三相搅拌反应器中多种组合桨型的传质

气-液-固三相搅拌反应器中多种组合桨型的传质

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第四届全国搅拌与混合技术会议

作者：郭潞阳蔡雅婷张津津包雨云北京化工大学化学工程学院北京100029 北京化工大学化学工程学院北京100029 山东科技大学化学工程学院山东淄博255000

在直径为0.3 m的椭圆底搅拌槽中,采用由半椭圆管盘式涡轮桨(HEDT)、抛物线型圆盘涡轮桨(PDT)、宽四叶翼型桨(WH)、窄叶翼型桨(CBY)组成的五种三层组合桨型,研究了空气、水和玻璃珠构成的三相体系中,不同表观气速下组合桨型对通气搅拌功... 详细信息

在直径为0.3 m的椭圆底搅拌槽中,采用由半椭圆管盘式涡轮桨(HEDT)、抛物线型圆盘涡轮桨(PDT)、宽四叶翼型桨(WH)、窄叶翼型桨(CBY)组成的五种三层组合桨型,研究了空气、水和玻璃珠构成的三相体系中,不同表观气速下组合桨型对通气搅拌功率和容积传质系数的影响.研究结果表明,组合桨型中通气量对通气功率准数的影响主要由上两层桨桨型决定,搅拌转速对功率准数的影响主要由底层桨桨型决定,操作方式对通气功率准数的影响不大;比较相同通气范围条件下五种组合桨型的通气功率,HEDT+2WHU的通气功率下降幅度最小,更有利于气液分散.

关键词：气-液-固三相搅拌反应器容积传质系数搅拌功率多种组合桨型

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热态多层桨搅拌反应器内凝并体系气液传质特性研究

热态多层桨搅拌反应器内凝并体系气液传质特性研究

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作者：尹连清北京化工大学

学位级别：硕士

热态气-液搅拌反应器具有相间接触面积大、热质传递效率高、制造成本可控、操作性能稳定等优点,因此被广泛应用于石油化工、生物制药、金属冶炼、污水处理等工业领域。但是当前热态搅拌反应器的优化设计主要基于常温下气液反应器宏观特... 详细信息

热态气-液搅拌反应器具有相间接触面积大、热质传递效率高、制造成本可控、操作性能稳定等优点,因此被广泛应用于石油化工、生物制药、金属冶炼、污水处理等工业领域。但是当前热态搅拌反应器的优化设计主要基于常温下气液反应器宏观特性,热态条件下相关研究仍然十分缺乏。本文从研究热态凝并体系气液分散特性研究着手。实验装置采用直径T=300mm、液位H=1.8T的标准椭圆封头搅拌反应器,搅拌桨采用三层组合桨,底层采用六叶半椭圆管涡轮桨,中层及上层采用四宽叶翼型桨。研究表明：热态气液体系相对功率需求(RPD)随温度的升高而增大,总体气含率随温度的升高而减小,文中给出了通气功率准数和总体气含率的经验关联式,用于工业设计参考。本文在相同装置下对容积传质系数(kLa)进行了系统研究。结果表明：kLa随搅拌功率(Pm)和表观气速(Vs)的增大而增加,搅拌功率对kLa的影响程度要大于表观气速,温度(TK)对kLa的影响很小;文中给出了kLa关于温度、表观气速以及搅拌功率的经验关联式,并分析发现在一定范围内该公式具有很好的数据独立性,在温度和表观气速方向上具有很好的外延性,对实验方案设计和经验关联式应用具有一定实际价值。

关键词：热态搅拌反应器凝并体系气液分散容积传质系数

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自吸式反应器的数值模拟及在酵母发酵中的应用

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南京工业大学学报（自然科学版） 2013年第4期35卷 72-77页

作者：石东升张庆文温佳文宋晓丽洪厚胜南京工业大学生物与制药工程学院江苏南京210009

采用计算流体力学(CFD)模拟和酵母发酵实验相结合的方法,研究自吸式反应器内的气液两相流动及传质。基于对自吸式反应器内流体流动、气液相际传质的研究,采用加置气体分布器的方法强化自吸式反应器内流体力学传递性能,并将数值模拟结果... 详细信息

采用计算流体力学(CFD)模拟和酵母发酵实验相结合的方法,研究自吸式反应器内的气液两相流动及传质。基于对自吸式反应器内流体流动、气液相际传质的研究,采用加置气体分布器的方法强化自吸式反应器内流体力学传递性能,并将数值模拟结果应用于酵母发酵。结果表明:在相同的培养条件下,加装气体分布器的自吸式反应器培养酵母比无气体分布器的自吸式反应器产率平均提高23.64%。

关键词：自吸式反应器计算流体力学气液两相流局部气含率容积传质系数

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