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《大连理工大学》 2002年
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气泡管内弹状流传递特性与晶层生长的研究

贠军贤  
【摘要】: 熔融结晶技术以其无需使用中间溶剂、操作条件温和、较精馏节能及可获得高纯度的产品等优点,近年来在有机物系分离与纯化领域引起了重视。Rütgers气泡塔结晶技术是层式熔融结晶的一种。它是通过向结晶管内熔体中引入气体,形成弹状流动,以增强熔体与晶层之间的热、质传递过程,实现物系高效分离和纯化的一种结晶方法。 针对气泡塔结晶器内的传递过程,本文用电化学方法,对零净液流量(ZNLF)条件下垂直管内弹状流壁面传递进行了实验研究,结果说明:当基于表观气速的Froude数Fr_G<0.74时,液体对壁面剪应力方向随弹状气泡和液塞的到来呈现向下和向上的交替变化特征,壁面传质系数和剪应力值随液膜下落而增大,随液塞到来而逐渐减小;当Fr_G>0.93时,壁面剪应力方向一直向下,液膜射流穿透了整个液塞段,控制了壁面传递过程。二者的转换发生在Fr_G=0.74~0.93之间,前者适于结晶操作。根据液膜和液塞段液体流动与传递特征的差异,将弹单元区分为层流液膜区、湍流液膜区、尾迹区及液塞发展段等四区,由实验数据得到了描述壁面传质的四区关联模型,并由热质类比得到了描述熔体—晶层界面对流传热膜系数的计算式。 在此基础上,对气泡管内晶层生长中的热质传递进行了分析,得到了描述单组分和双组分熔体晶层生长的数学模型及其近似解,并与己内酰胺—环己酮熔体物系的结晶实验进行了对比,吻合良好。随后,通过实验和理论分析,考察了晶层生长特征、晶层杂质包藏的分布与迁移及影响晶层纯度的弹状流操作条件。结果说明,在晶层生长的初期,弹单元内液膜区、尾迹区和液塞发展段的生长速率均较大;随着生长时间的增大,液膜区生长速率下降;在生长后期,弹单元内出现液膜区和液塞段“结晶—熔化”的交替生长,对晶层纯度的提高是有利的。同时,晶层杂质分布不均匀,是生长过程母液杂质被包裹进入晶层和母液包藏在温度梯度作用下迁移而离开晶层两个过程的综合结果。另外,弹状流参数对晶层纯度的影响,与液膜下落—液塞上升对晶层界面的交替冲刷及 大连理工大学博士学位论文 弹单元内结晶一融化发汗等两个过程密切相关,其合理配合可获得理想的分离 效果。 基于对气泡管内弹状流传递特征的分析,文中提出了一种新型的气泡塔结 晶器一外环流气泡塔结晶器,并用电化学方法,对带有阻力段外环流气泡管内 的流体动力学特征与壁面传递特征进行了实验研究,结果说明:外环流气泡管 弹单元内,壁面剪应力出现向上或向下的变化,但变化点不是规则地取决于弹 状气泡或液塞的到来和离开;由于循环流速的波动,使传递特征较ZNLF条件 下复杂。文中通过分析其弹状流动机理,基于系统压降与动量平衡关系,建立 了描述该系统流动的流体动力学模型,与实验结果吻合良好。 最后,对外环流气泡管内的晶层生长与晶层纯度问题进行了实验研究和理 论分析,并与ZNLF条件下气泡结晶管进行了对比;同时,建立了外环流结晶 管内晶层生长的非稳态模型,与实验结果基本符合。结晶实验说明,外环流条 件下一个弹单元内,液膜下落和液塞上升的交替变化使界面区杂质向熔体主体 的运移及结晶一发汗作用较ZNLF条件下的结晶管增强,晶层纯度得到了提高。 本文考察的气泡管内弹状流近似发展,与工业结晶管内的情况较接近。基 于外环流操作思想可开发适于工业应用的外环流气泡塔结晶器,可望较Rwgers 气泡塔结晶器进一步提高目标晶层的纯度和分离效果。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TQ026

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 付高辉;熔融结晶分离对间硝基氯苯的研究[D];天津大学;2005年
【参考文献】
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1 张浩勤,陆美娟,连春光,朱士亮;气液两相垂直管流中弹状流型数学模型[J];高校化学工程学报;1991年02期
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5 夏国栋,彭岩,周芳德,胡明胜;垂直上升气液两相弹状流模型[J];化工学报;1999年06期
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9 王化淳,马利群,董秀芹,杨晓霞,谈遒;用参数泵分步结晶制取精萘的新工艺及放大[J];石油化工;1998年08期
10 杨俊和,王光明,张初永,李应海;用气泡塔结晶技术从混合氯甲苯分离对氯甲苯[J];石油化工;1999年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 杜迎春,张吉瑞;沸石催化剂上苯与乙烯烷基化反应宏观动力学及反应器模拟[J];北京服装学院学报;2000年02期
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3 孙旭;王如竹;;吸附式制冷循环的回热研究[A];上海市制冷学会一九九七年学术年会论文集[C];1997年
4 贠军贤;沈自求;;外环流气泡塔结晶器传递特性与结晶的研究[A];第三届全国传质与分离工程学术会议论文集[C];2002年
5 马海洪;石建明;张绍军;;丁醇和辛醇装置副产物的综合利用工艺[A];中国化工学会2008年石油化工学术年会暨北京化工研究院建院50周年学术报告会论文集[C];2008年
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1 吴建民;固定床传热研究及费托合成固定床反应器的数学模拟[D];华东理工大学;2011年
2 王彪;甲醇制低碳烯烃流化床反应器的研究[D];华东理工大学;2011年
3 豆照良;二元复合结构表面形貌的制备及减阻性能研究[D];清华大学;2010年
4 贺黎明;CO经草酸二乙酯合成乙二醇催化剂研究[D];北京化工大学;2011年
5 米冠杰;Fe-ZSM-5分子筛上N_2O氧化苯制苯酚反应过程研究[D];北京化工大学;2010年
6 李华;溶剂法脱除烟气中SO_2、NO_x的基础研究[D];郑州大学;2002年
7 周斌;喷雾反应器及高碳烷基铝置换反应的研究[D];大连理工大学;2002年
8 邱挺;醋酸甲酯催化精馏水解新工艺及相关基础研究[D];天津大学;2003年
9 王军;用超临界水氧化降解塑料的研究[D];天津大学;2003年
10 薛兆鹏;基于流场和结构优化的搅拌桨设计/制造集成技术研究[D];天津大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王鸿雁;气液两相弹状流在摇摆条件下的运动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王巧焕;萃取精馏过程溶剂筛选的分子设计方法研究[D];华东理工大学;2011年
3 罗德勤;规整填料表面润湿改进及液膜流动特性研究[D];华东理工大学;2011年
4 刘伟;针状晶体图像目标识别方法[D];浙江大学;2010年
5 龚丽;钟罩式脉冲澄清池高效化研究[D];安徽工业大学;2011年
6 司文彬;乙苯合成流程模拟仿真研究[D];东北石油大学;2011年
7 陈静;乙炔法氯乙烯反应器模拟与优化研究[D];浙江大学;2011年
8 马吉深;氟虫腈的间歇冷却结晶研究[D];浙江大学;2010年
9 程莹莹;液液萃取法分离乙酸乙酯—乙醇—水的研究[D];南京师范大学;2011年
10 方科学;鼓泡结晶管内气—液两相流计算流体力学数值模拟[D];天津大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 叶詠恒;硝基氯苯提纯工艺的革新[J];北京化工大学学报(自然科学版);1995年04期
2 陈其清,蒲祖伦;对硝基氯苯的气相色谱分析[J];化工标准.计量.质量;2000年10期
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5 田红兵,陈树章,李振花;间歇多级分步结晶过程模拟[J];化工学报;1993年06期
6 王训遒,梁晓军,钟贤;间硝基氯苯的分离及其可行性研究[J];环境污染治理技术与设备;2003年06期
7 罗毛生;对硝基氯苯结晶工艺的改进[J];湖南化工;1994年03期
8 梁诚;邻、对硝基氯苯及其衍生物生产与进展[J];氯碱工业;1999年05期
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【二级引证文献】
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1 冯霞;李振兴;王勇;;熔融结晶技术应用研究[J];精细与专用化学品;2012年12期
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1 赵国静;倾斜筛板多级逆流结晶器理论及实验研究[D];北京化工大学;2013年
【二级参考文献】
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1 张政,张建文;降膜结晶过程传热传质简化积分模型模拟计算[J];工程热物理学报;1996年02期
2 张浩勤,陆美娟,连春光,朱士亮;气液两相垂直管流中弹状流型数学模型[J];高校化学工程学报;1991年02期
3 王德耕,朱士亮,邓盛林,陈卫航,赵继红;稀电解质溶液中传递现象电化学测试技术[J];高校化学工程学报;1997年02期
4 王相承,杨俊和,区灿棋;对氯甲苯合成方法的研究及进展[J];化工时刊;1997年10期
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7 王德耕,连春光,朱士亮;不加支持电解质条件下传递现象的电化学测试方法研究[J];化工学报;1992年06期
8 田红兵,陈树章,李振花;间歇多级分步结晶过程模拟[J];化工学报;1993年06期
9 夏国栋,周芳德,胡明胜;垂直上升弹状流中液弹长度分布[J];化工学报;1997年06期
10 王化淳,马利群,董秀芹,杨晓霞,谈遒;气泡管结晶提纯萘新工艺[J];化工学报;1998年04期
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1 杨俊和,王光明,张初永,李应海;用气泡塔结晶技术从混合氯甲苯分离对氯甲苯[J];石油化工;1999年06期
2 贝军贤,沈自求;气泡塔熔融结晶器中传递与晶层生长[J];大连理工大学学报;2003年02期
3 贠军贤,沈自求;层式熔融结晶过程中的杂质包藏与晶层生长[J];石油化工;2002年10期
4 张浩勤,连春光,朱士亮;垂直管内向上气液流动的分析(Ⅱ)——弹状流的压力降计算[J];化学工程;1990年06期
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7 张浩勤,陆美娟,连春光,朱士亮;气液两相垂直管流中弹状流型数学模型[J];高校化学工程学报;1991年02期
8 夏国栋,周芳德,胡明胜;倾斜上升弹状流中Taylor气泡运动速度研究[J];化学工程;1997年05期
9 朱重山;;气泡塔式发酵装置近况[J];医药工程设计;1983年01期
10 苏新军,张修刚,王栋,林宗虎;水平管路中多相弹状流压力降计算[J];油气储运;2004年10期
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1 李英;陈光文;袁权;;微通道内弹状流的流动特性[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
2 阙雄才;李红;;无泵吸收式制冷机热虹吸泵绝热弹状流的热虹吸特性研究[A];上海制冷学会一九八九年年会论文集[C];1989年
3 贠军贤;沈自求;;外环流气泡塔结晶器传递特性与结晶的研究[A];第三届全国传质与分离工程学术会议论文集[C];2002年
4 李志彪;吴应湘;;射线衰减法在水平气液两相流动流型识别中的应用[A];2007年度海洋工程学术会议论文集[C];2007年
5 董峰;姜之旭;乔旭彤;徐苓安;;基于ERT技术的垂直管道两相流流型识别[A];中国仪器仪表学会学术论文集[C];2004年
6 彭珍瑞;;基于多尺度Renyi熵特征和LS-SVM混合模型的流型辨识[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第六分册)[中南大学学报(增刊)][C];2009年
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1 贠军贤;气泡管内弹状流传递特性与晶层生长的研究[D];大连理工大学;2002年
2 明平文;鼓泡塔结晶器传递及操作原理研究[D];大连理工大学;1999年
3 曹夏昕;摇摆对竖直管内气液两相流型的影响[D];哈尔滨工程大学;2006年
4 张华;垂直管道低温汽—液两相流动弹状流流型及动态特性的研究[D];上海交通大学;2009年
5 梁强;基于波动性的气液两相流参数检测研究[D];浙江大学;2007年
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7 齐守良;微通道中液氮流动和换热特性研究[D];上海交通大学;2007年
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10 施丽莲;基于数字图像识别技术的气液两相流参数检测的研究[D];浙江大学;2004年
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1 梁宏;起伏管路二相弹状流流动特性研究[D];天津大学;2003年
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5 吴绍伟;垂直环空气液两相流理论及在油井生产中的应用[D];中国石油大学;2009年
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7 华爽;应用ERT技术测量两相流参数方法的研究[D];天津大学;2006年
8 邓彦斌;气水两相流型生成控制方法研究[D];天津大学;2007年
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