【摘要】：由于工業(yè)快速發(fā)展,工業(yè)廢油發(fā)生量巨大,對自然環(huán)境、資源安全等提出了新挑戰(zhàn)。然而,目前單一工藝手段及其裝置難以滿足廢油資源化工藝環(huán)節(jié)中實現(xiàn)高效破乳脫水的需求。三場協(xié)同破乳脫水工藝及裝置融合了高壓脈沖電場、旋流離心場和真空溫度場的各自優(yōu)勢,很好地解決了現(xiàn)有常規(guī)工藝裝置難以實現(xiàn)的分離過程。因此,設(shè)計和開發(fā)高性能三場協(xié)同破乳脫水裝置對廢棄物循環(huán)利用、生態(tài)環(huán)境保護及節(jié)約能源資源等方面具有重大的現(xiàn)實意義。本研究依托重慶市自然科學基金項目“基于三場耦合的廢油高效破乳機制與實驗研究”和國家自然科學基金項目“面向工業(yè)廢油資源化的三場耦合高效破乳脫水機制與方法研究”,以三場協(xié)同破乳脫水裝置單元為研究對象,建立了同軸柱形電場油中液滴變形動力學模型、耦合單元本體數(shù)值計算模型、耦合場分離數(shù)值計算模型;通過同軸圓形電場油中液滴極化特性、耦合單元本體分離特性、雙場耦合分離特性和三場協(xié)同分離特性的仿真分析,為設(shè)計研制新型高效的廢油資源化工藝裝置及其應用提供了理論指導。首先,研究了同軸柱形電場中液滴動力學基礎(chǔ)理論。以同軸柱形電極電場中變形液滴為研究對象,建立了長球液滴極化模型,借助橢球坐標系,計算得到液滴內(nèi)部電場分布及其極化率;分析了同軸柱形電場作用下極化液滴的受力平衡關(guān)系,建立了液滴變形動力學模型,運用電流體動力學(EHD)理論得出液滴所受電應力和內(nèi)外流動應力的解析表達式,計算得到了液滴最大拉伸變形量;實驗結(jié)果表明,液滴變形動力學模型能夠準確有效地預測同軸柱形脈沖電場作用下液滴的拉伸變形量。其次,通過建立耦合單元本體數(shù)值計算模型,仿真分析了單元本體分離特性�？紤]到耦合場中高壓脈沖電場和旋流離心場需要實現(xiàn)有效融合,采用雙錐段雙切向入口的脫水型水力旋流器作為耦合場單元本體;根據(jù)預設(shè)參數(shù),建立了單元本體分離數(shù)值分析模型;通過模型,計算分析了單元本體公稱直徑等主要結(jié)構(gòu)參數(shù)以及入口流量等主要操作參數(shù)對油水分離效率的影響,為設(shè)計高效分離單元本體提供了依據(jù);單元本體油水分離實驗表明,數(shù)值分析模型的計算結(jié)果是可靠的。再次,通過建立雙場耦合分離數(shù)值計算模型,仿真分析了耦合場單元分離特性。針對耦合單元對乳化油液滴的電場力作用,推導出液滴電場力的麥克斯韋應力張量矩陣形式,依據(jù)流體力學N-S方程、連續(xù)方程、電場控制方程等,建立了雙場耦合分離數(shù)值分析模型;通過編譯用戶自定義函數(shù)(UDF),計算分析了入口流速、脈沖電場電壓、脈沖電場頻率等主要操作參數(shù)對耦合場內(nèi)部流場分布及油水分離效率的影響,為確定耦合單元高效破乳脫水操作條件提供了指導。最后,仿真分析了三場協(xié)同單元分離特性,并通過實驗進行了驗證。綜合分析了三場協(xié)同破乳脫水裝置中真空加熱單元對油液黏度產(chǎn)生的影響以及耦合單元電場對液滴的結(jié)聚作用,建立了黏溫控制方程和分散相粒徑控制方程,結(jié)合耦合場分離數(shù)值分析模型,分析了在特定加熱條件下裝置主要操作參數(shù)對脫水單元內(nèi)部速度場分布及油水分離效率的影響,為確定廢油三場協(xié)同破乳脫水裝置最佳工作條件提供了指導;通過乳化油三場協(xié)同破乳脫水四因素五水平正交實驗,明確了四個操作參數(shù)對裝置單元分離性能的影響次序,通過單因素實驗得到最佳分離實驗操作參數(shù),分析表明仿真計算所得結(jié)果是合理可靠的。
【圖文】：

普遍采用真空減壓處理的方法進行油與水的分離處理，利用真空濾油機（如圖1.2）恢復油液的使用性能。真空濾油機是根據(jù)油與水存在較大的揮發(fā)度差異，在高真空狀態(tài)下水的沸點大大下降的真空干燥原理，結(jié)合精密過濾等其它技術(shù)來設(shè)計的[17]。       也要看到，真空濾油機處理乳化油時存在兩個突出缺點：一是能耗高，二是效率低；真空濾油機的優(yōu)勢在于能夠脫出油中極微量的水分，所以在處理變壓器油時效果較好，處理透平油的效果往往很差，原因是變壓器油中待處理的水分往往很少(一般要求待處理的變壓器油處理前的含水量小于50 ppm)，而透平油中的水分往往較多。那么，對于含水率普遍較高的工業(yè)廢油，，真空濾油機難以滿足油液凈化的高效性、經(jīng)濟性要求。

 /X脫水效率影響曲線圖3.18中，可清晰看變化趨勢。無論是溢流口脫水率，還是底呈現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象，均在Lu=40率的影響更為明顯。究其原因，主要是因流管內(nèi)獲得穩(wěn)定的流場，造成分離效率下元本體壓降增大，不利于油水分離，尤其度取400mm。得到最佳分離效率的脫水型旋流器結(jié)構(gòu)參效率進行數(shù)值仿真，其結(jié)果如圖3.19。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X74;TE96

【參考文獻】

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1 龔海峰;張賢明;彭燁;尚浩浩;汪靜姝;;廢油三場耦合破乳脫水工藝與裝置[J];現(xiàn)代化工;2016年01期

2 劉閣;陳彬;張賢明;沈順祥;;油水真空分離過程中氣體速率對其效率的影響研究[J];真空科學與技術(shù)學報;2015年10期

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本文編號：2664938