發(fā)布時間：2017-10-02 13:00

  本文關(guān)鍵詞：窄矩形超聲反應(yīng)器停留時間分布特性研究

  更多相關(guān)文章： 超聲反應(yīng)器 RTD 超聲功率 流體物性 流體流量

【摘要】：超聲在液體中傳播,其空化效應(yīng)和微射流現(xiàn)象等能夠強化流體間混合傳質(zhì)過程。多相混合和反應(yīng)在化工、能源、輕工食品、材料和環(huán)境工程等許多領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。超聲場在提高傳質(zhì)效率、反應(yīng)速率和選擇性,控制反應(yīng)過程,縮短化學(xué)反應(yīng)的時長,提高產(chǎn)品產(chǎn)率等方面效果顯著。但是超聲作為一種新型強化傳質(zhì)手段,對反應(yīng)器的停留時間分布(RTD)的規(guī)律影響如何卻鮮有研究和報道。超聲場中的RTD規(guī)律是超聲化學(xué)反應(yīng)器科學(xué)設(shè)計的重要依據(jù),有助于優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計,保證高效反應(yīng)過程,提高反應(yīng)產(chǎn)品的品質(zhì),降低反應(yīng)能耗和操作成本。因此有必要探求超聲場對流體在超聲反應(yīng)器RTD規(guī)律的影響。本論文主要從以下幾方面進行研究并且得到如下結(jié)論:(1)為了檢驗示蹤劑在超聲場中的穩(wěn)定性,配制兩份濃度不同的茜素紅溶液在超聲功率為200W,超聲頻率為別為25kHz,70kHz的超聲場中進行超聲輻射,每隔5min取樣,發(fā)現(xiàn)茜素紅溶液的吸光度基本保持不變,表明茜素紅在超聲場中不發(fā)生降解,并且在超聲功率為200W,超聲頻率為25kHz的操作條件下,采用茜素紅作為示蹤劑,分別對流體介質(zhì)為清水、10%(V%)甘油-水的混合流體、30%(V%)甘油-水的混合流體的RTD曲線進行重復(fù)測定,發(fā)現(xiàn)曲線的重現(xiàn)性良好,說明用紫外分光光度法研究超聲反應(yīng)器的RTD特性是可靠的。(2)研究了流體介質(zhì)為清水的RTD特性。超聲功率對RTD特性的影響表現(xiàn)為:在流體流量分別為15L/h、25L/h、35L/h時,流體在超聲反應(yīng)器內(nèi)的返混程度均在超聲功率為100W時達到最小,同一流量下,平均停留時間隨著超聲功率的增加略有縮短。流體流量對RTD特性的影響表現(xiàn)為:在超聲功率分別為0W、100W、150W時,系統(tǒng)的返混程度均在流量為25L/h時較大,但200W時,流量為35L/h時,系統(tǒng)的返混程度較大;同一超聲功率下,平均停留時間則隨著流量的增大顯著縮短。(3)研究了流體介質(zhì)為10%(V%)甘油-水的混合流體的RTD特性。超聲功率對RTD特性的影響表現(xiàn)為:在不同的流體流量下,系統(tǒng)的返混程度均在超聲功率為150W時達到最小;在同一流量下,超聲功率增大,平均停留時間縮短。流體流量對RTD特性的影響表現(xiàn)為:在不同的超聲功率的操作條件下,流體介質(zhì)在超聲反應(yīng)器內(nèi)的返混程度均在流體流量為35L/h時較大。(4)研究了流體介質(zhì)為30%(V%)甘油-水的混合流體的RTD特性。超聲功率對RTD特性的影響表現(xiàn)為:在流體流量從15L/h增加到35L/h的過程中,系統(tǒng)的返混程度均在超聲功率為200W時達到最小,混合效果最佳。流體流量對RTD特性的影響表現(xiàn)為:在超聲功率分別為0W、100W、150W、200W的操作條件下,流體介質(zhì)在超聲反應(yīng)器內(nèi)的返混程度同樣在流量為35L/h時較大,這個規(guī)律和10%(V%)甘油-水的混合流體作為流動介質(zhì)的規(guī)律類似。流體物性對RTD特性的影響表現(xiàn)為:在不同的超聲功率和流體流量的操作條件下,出峰時間和平均停留時間隨著粘度的增加而延長。(5)研究了超聲功率,流體流量,流體物性因素之間的組合交互效應(yīng)對RTD特性的影響。在流體物性和超聲功率對流體介質(zhì)的交互效應(yīng)的影響下,系統(tǒng)的返混程度的大小順序為:35L/h25L/h15L/h;流體物性和流體流量的交互式效應(yīng)的RTD的返混程度的影響表現(xiàn)為:200W150W100W0W;在流體流量和超聲功率的交互式影響下,系統(tǒng)返混程度的大小順序為:30%(V%)甘油-水混合流體10%(V%)甘油-水混合流體清水。并且利用冪函數(shù)對平均停留時間的數(shù)據(jù)進行擬合回歸,得到分布規(guī)律為:-0.4629-0.4825-0.89760750.9066(1)(Re) Pt VP=+,回歸數(shù)值與實驗數(shù)值吻合較好,最大偏差為±15%。超聲功率為150W時,用全混釜串聯(lián)模型對流體流量分別為15L/h、25L/h、35L/h時,流體介質(zhì)為30%(V%)甘油-水的混合流體作為流動介質(zhì)的操作條件下的無因次停留時間密度分布函數(shù)E(q)進行模擬,模擬得出的模型參數(shù)N分別為6.62、4.43、3.98,模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。
【關(guān)鍵詞】：超聲反應(yīng)器 RTD 超聲功率 流體物性 流體流量
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ052
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-32
• 1.1 超聲波的簡要發(fā)展歷程及其工業(yè)應(yīng)用14-17
• 1.1.1 聲化學(xué)與超聲空化原理14-16
• 1.1.2 超聲波在化工領(lǐng)域的應(yīng)用16
• 1.1.3 超聲波強化傳質(zhì)的作用機制16-17
• 1.2 常用超聲反應(yīng)器的分類17-19
• 1.2.1 平行板近場聲處理器18
• 1.2.2 管型聲化學(xué)反應(yīng)器18-19
• 1.3 示蹤劑的選擇和注入方式19-21
• 1.3.1 示蹤劑選擇所遵循的原則19
• 1.3.2 脈沖法19-20
• 1.3.3 階躍法20-21
• 1.4 常用的RTD的檢測方法21-25
• 1.4.1 超聲波法21-22
• 1.4.2 光強法22-23
• 1.4.3 比色法23
• 1.4.4 光譜分析法23-24
• 1.4.5 電導(dǎo)率法24-25
• 1.4.6 其他方法25
• 1.5 聲化學(xué)反應(yīng)器中影響RTD的因素25-27
• 1.5.1 超聲輻射25-26
• 1.5.2 反應(yīng)器的構(gòu)造26-27
• 1.5.3 超聲頻率27
• 1.6 RTD的研究方法27-30
• 1.6.1 化學(xué)工程的模型參數(shù)模擬法27-29
• 1.6.2 流體力學(xué)的流場模擬法29
• 1.6.3 統(tǒng)計學(xué)方法29-30
• 1.7 科學(xué)選題30-32
• 1.7.1 研究課題的提出30-31
• 1.7.2 研究內(nèi)容31
• 1.7.3 課題來源31-32
• 第二章 實驗裝置與測試方法32-41
• 2.1 實驗裝置32-34
• 2.1.1 窄矩形多頻超聲反應(yīng)器32-33
• 2.1.2 紫外分光光度計和NDJ-1 旋轉(zhuǎn)式粘度計33-34
• 2.2 實驗前期的準備工作34-39
• 2.2.1 系統(tǒng)坐標軸的選取34
• 2.2.2 反應(yīng)器的選擇34-36
• 2.2.3 流體介質(zhì)的選擇36-37
• 2.2.4 示蹤劑及檢測方法的選擇37-38
• 2.2.5 標準曲線的標定38-39
• 2.3 實驗流程及步驟39-40
• 2.4 實驗材料及試劑匯總40-41
• 第三章 清水為流體介質(zhì)的RTD規(guī)律41-56
• 3.1 引言41
• 3.2 理論依據(jù)與數(shù)據(jù)處理方法41-43
• 3.3 示蹤劑在超聲場中的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠性43-44
• 3.4 超聲功率對反應(yīng)槽聲場分布的影響44
• 3.5 超聲功率對RTD的影響44-48
• 3.5.1 流量為 15L/h下不同超聲功率的影響分析44-46
• 3.5.2 流量為 25L/h下不同超聲功率的影響分析46-47
• 3.5.3 流量為 35L/h下不同超聲功率的影響分析47-48
• 3.6 流體流量對聲場分布的影響48-49
• 3.7 流體流量對RTD的影響49-54
• 3.7.1 超聲功率為 0W的不同流體流量的影響49-51
• 3.7.2 超聲功率為 100W的不同流體流量的影響51-52
• 3.7.3 超聲功率為 150W的不同流體流量的影響52-53
• 3.7.4 超聲功率為 200W的不同流體流量的影響53-54
• 3.8 本章小結(jié)54-56
• 第四章 10%（V%）甘油-水的混合流體介質(zhì)的RTD規(guī)律56-66
• 4.1 引言56
• 4.2 超聲功率對10%(V%)甘油-水的混合流體介質(zhì)的影響分析56-60
• 4.2.1 流量為15L/h時的不同超聲功率的影響56-57
• 4.2.2 流量為25L/h時的不同超聲功率的影響57-59
• 4.2.3 流量為35L/h時的不同超聲功率的影響59-60
• 4.3 不同流量對 10%(V%)甘油-水的混合流體介質(zhì)的影響分析60-64
• 4.3.1 超聲功率為0W時不同流量的影響分析60-61
• 4.3.2 超聲功率為100W時不同流量的影響分析61-62
• 4.3.3 超聲功率為150W時不同流量的影響分析62-63
• 4.3.4 超聲功率為200W時不同流量的影響分析63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-66
• 第五章 30%（V%）甘油-水的混合流體介質(zhì)的RTD規(guī)律66-75
• 5.1 引言66
• 5.2 超聲功率對30%(V%)甘油-水的混合流體介質(zhì)的影響分析66-70
• 5.2.1 流量為15L/h時的不同超聲功率的影響66-67
• 5.2.2 流量為25L/h時的不同超聲功率的影響67-69
• 5.2.3 流量為35L/h時的不同超聲功率的影響69-70
• 5.3 流體流量對 30%(V%)甘油-水的混合流體介質(zhì)的影響分析70-71
• 5.4 不同的流體物性對RTD的影響分析71-73
• 5.4.1 超聲功率為0W，流量為 15L/h時不同物性的影響分析71-72
• 5.4.2 超聲功率為100W，，流量為 25L/h時不同物性的影響分析72
• 5.4.3 超聲功率為200W，流體為 35L/h時不同物性的影響分析72-73
• 5.5 本章小結(jié)73-75
• 第六章 RTD特性的交互式影響分析和模擬75-82
• 6.1 引言75
• 6.2 不同因素組合的交互效應(yīng)對無因次停留時間方差的影響分析75-78
• 6.2.1 流體物性和超聲功率的交互效應(yīng)的影響分析75-76
• 6.2.2 流體物性和流體流量的交互效應(yīng)的影響分析76-77
• 6.2.3 流體流量和超聲功率的交互效應(yīng)的影響分析77-78
• 6.3 平均停留時間數(shù)據(jù)的擬合與回歸78-79
• 6.4 RTD的模型模擬79-80
• 6.5 本章小結(jié)80-82
• 結(jié)論與展望82-86
• 參考文獻86-94
• 攻讀碩士期間取得的成果94-95
• 致謝95-96
• 附件96

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