本文關鍵詞：雙超聲耦合強化溶液結(jié)晶成核的研究

  更多相關文章： 超聲 無水葡萄糖 結(jié)晶成核 空化泡 動力學模型 機理

【摘要】：溶液結(jié)晶技術(shù)在許多領域有著廣泛的應用,其中結(jié)晶成核是溶液結(jié)晶的關鍵環(huán)節(jié)。葡萄糖是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖,是生命活動中不可缺少的物質(zhì),是人體能量的主要來源。工業(yè)上生產(chǎn)的結(jié)晶葡萄糖有含水α-葡萄糖、無水α-葡萄糖和無水β-葡萄糖三種,其中無水葡萄糖相對于含水葡萄糖,品質(zhì)更佳,純度更高,能量加倍,更能增強人體免疫力,在食品工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面具有重要的應用價值。因此,強化無水葡萄糖溶液的結(jié)晶成核技術(shù)具有重要的研究和開發(fā)價值�，F(xiàn)有的工業(yè)上生產(chǎn)無水葡萄糖主要采用加入晶種真空蒸發(fā)結(jié)晶的方法,該方法存在要求大量晶種,增加成本并且要求晶種大小均勻適中等弊端。為了克服這些弊端,超聲波技術(shù)被引入溶液結(jié)晶成核的研究中,因其在溶液結(jié)晶成核方面表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢已經(jīng)被廣泛應用。超聲強化溶液結(jié)晶成核的研究中絕大多數(shù)都是采用單超聲輻照方式,單超聲輻照聲場不夠均勻,較易產(chǎn)生駐波。雙超聲能夠增大傳質(zhì)表面積,顯著增加空化效果,減少由于駐波造成的“死角”。本文將雙超聲強化技術(shù)引入溶液結(jié)晶成核,以提高成核速率并得到良好的晶核,并對雙超聲強化效果的機理進行研究。在單超聲和雙超聲條件下分別研究了溶液濃度、超聲電功率和超聲作用時間對成核速率的影響,并對單超聲和雙超聲作用的晶核形態(tài)進行對比。研究結(jié)果表明:超聲在一定的條件下可以強化無水葡萄糖溶液結(jié)晶成核。在同等條件下,雙超聲和單超聲相比,降低了溶液結(jié)晶成核的初始濃度,提高了成核速率,并且得到的晶核粒度均勻,具有協(xié)同作用。雙超聲強化溶液結(jié)晶成核技術(shù)是一種快速、高效、節(jié)能的方法。根據(jù)Rayleigh-Plesset方程模型并對其進行修改建立雙超聲激勵空化泡動力學模型,利用MATLAB軟件提供的Runge-Kutta算法進行數(shù)值求解�？疾煲恍┞晥鰠�(shù)、液體的物理參數(shù)等以及頻率、相位差、聲強的不同耦合方式對雙超聲激勵空化泡動力學過程的影響。結(jié)果表明:在其他條件相同的情況下,雙超聲比單超聲的Rmax/R0的相應比值要大,空化效果明顯增強。當雙超聲相位差為0(即雙超聲的組合為sin-sin)時,空化泡生長最大�？栈軷max/R0的比值隨著初始半徑的增大而減小,空化的劇烈程度變?nèi)?隨著超聲波總聲強的增大,空化的劇烈程度變強;隨著流體壓力或者液體粘滯系數(shù)的增大,空化的劇烈程度變?nèi)�。在取得同等空化效果�?雙超聲可降低總聲強,對初始半徑較大的泡核及流體壓力和粘度相對較大時,依然能產(chǎn)生瞬態(tài)空化效果。采用相同頻率低頻超聲組合的空化強度最強;保持雙超聲初相位相同,避免兩者反相,以及超聲聲強組合平均分配等,有利于提高空化效果。當采用不同頻率組合激勵時,要根據(jù)實驗條件選擇合適的雙超聲頻率組合、相位差和聲強的分配,才能起到協(xié)同強化作用。最后運用碘量法對雙超聲空化產(chǎn)額進行測定,結(jié)果表明雙超聲的空化產(chǎn)額高于單超聲空化產(chǎn)額的代數(shù)和。在小試試驗研究的基礎上,進行了雙超聲的不斷放大試驗。結(jié)果表明:隨著溶液體積的增大,溶液的成核速率及晶核的均勻度有所下降,但適當?shù)奶砑訑嚢?可起到良好的協(xié)同作用。放大試驗和小試試驗相比較,隨著溶液體積的增加,探頭式超聲的作用效果不理想,可以考慮選擇不同頻率的發(fā)散式超聲組合的方式強化效果。
【關鍵詞】：超聲 無水葡萄糖 結(jié)晶成核 空化泡 動力學模型 機理
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ026.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 溶液結(jié)晶成核過程簡介12-14
• 1.1.1 晶核形成機理12-13
• 1.1.2 葡萄糖溶液簡介13-14
• 1.2 糖液的傳統(tǒng)起晶方法14-15
• 1.2.1 自然起晶法14
• 1.2.2 刺激起晶法14
• 1.2.3 晶種起晶法14-15
• 1.3 超聲起晶技術(shù)15-21
• 1.3.1 超聲波起晶的原理15-16
• 1.3.2 超聲波設備簡介16-20
• 1.3.3 超聲結(jié)晶技術(shù)的應用及發(fā)展20-21
• 1.4 雙超聲起晶技術(shù)21-23
• 1.4.1 雙超聲技術(shù)國內(nèi)外研究概況21-22
• 1.4.2 雙超聲起晶設備22-23
• 1.5 本課題的研究目的、研究內(nèi)容及研究目標23-26
• 1.5.1 本課題的研究目的與意義23-24
• 1.5.2 本課題的主要研究內(nèi)容24-25
• 1.5.3 本課題的研究目標25-26
• 第二章 雙超聲強化無水葡萄糖溶液結(jié)晶成核的研究26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 實驗材料26-27
• 2.3 實驗儀器及設備27-28
• 2.3.1 實驗主要儀器27
• 2.3.2 實驗設備27-28
• 2.4 實驗操作步驟28-30
• 2.5 實驗方法30-31
• 2.5.1 溶液濃度對成核速率的影響30
• 2.5.2 超聲電功率對成核速率的影響30-31
• 2.5.3 超聲作用時間對成核速率的影響31
• 2.5.4 超聲波對晶體粒度及晶型的影響31
• 2.6 結(jié)果與討論31-35
• 2.6.1 溶液濃度對成核速率的影響31-32
• 2.6.2 超聲電功率對成核速率的影響32-34
• 2.6.3 超聲作用時間對成核速率的影響34
• 2.6.4 超聲波對晶體粒度及晶型的影響34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第三章 雙超聲激勵空化泡動力學模型及機理研究36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 雙超聲激勵空化氣泡動力學模型的建立及求解36-38
• 3.2.1 雙超聲空化氣泡動力學基本方程36-37
• 3.2.2 運動方程的求解37-38
• 3.3 雙超聲激勵空化泡動力學過程分析38-50
• 3.3.1 單因素影響分析38-45
• 3.3.2 耦合因素影響分析45-50
• 3.4 空化產(chǎn)額的測定50-52
• 3.4.1 實驗設備50
• 3.4.2 實驗方法50-51
• 3.4.3 超聲作用時間對空化產(chǎn)額的影響51
• 3.4.4 超聲電功率對空化產(chǎn)額的影響51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第四章 放大試驗54-62
• 4.1 引言54
• 4.2 雙超聲強化成核裝置54-56
• 4.2.1 200-1500m L成核裝置裝置圖和實物圖54-55
• 4.2.2 2L成核裝置實物圖55-56
• 4.3 雙超聲放大試驗56-61
• 4.3.1 200mL試驗操作及結(jié)果分析56-57
• 4.3.2 500mL試驗操作及結(jié)果分析57
• 4.3.3 1500mL試驗操作及結(jié)果分析57-58
• 4.3.4 2L試驗操作及結(jié)果分析58-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論與展望62-65
• 一、結(jié)論62-63
• 二、本論文的創(chuàng)新之處63
• 三、展望63-65
• 參考文獻65-71
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果71-72
• 致謝72-73
• 附件73

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