【摘要】：由于工業(yè)快速發(fā)展,工業(yè)廢油發(fā)生量巨大,對(duì)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(shí)現(xiàn)高效破乳脫水的需求。三場(chǎng)協(xié)同破乳脫水工藝及裝置融合了高壓脈沖電場(chǎng)、旋流離心場(chǎng)和真空溫度場(chǎng)的各自優(yōu)勢(shì),很好地解決了現(xiàn)有常規(guī)工藝裝置難以實(shí)現(xiàn)的分離過(guò)程。因此,設(shè)計(jì)和開發(fā)高性能三場(chǎng)協(xié)同破乳脫水裝置對(duì)廢棄物循環(huán)利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及節(jié)約能源資源等方面具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本研究依托重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于三場(chǎng)耦合的廢油高效破乳機(jī)制與實(shí)驗(yàn)研究”和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“面向工業(yè)廢油資源化的三場(chǎng)耦合高效破乳脫水機(jī)制與方法研究”,以三場(chǎng)協(xié)同破乳脫水裝置單元為研究對(duì)象,建立了同軸柱形電場(chǎng)油中液滴變形動(dòng)力學(xué)模型、耦合單元本體數(shù)值計(jì)算模型、耦合場(chǎng)分離數(shù)值計(jì)算模型;通過(guò)同軸圓形電場(chǎng)油中液滴極化特性、耦合單元本體分離特性、雙場(chǎng)耦合分離特性和三場(chǎng)協(xié)同分離特性的仿真分析,為設(shè)計(jì)研制新型高效的廢油資源化工藝裝置及其應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。首先,研究了同軸柱形電場(chǎng)中液滴動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論。以同軸柱形電極電場(chǎng)中變形液滴為研究對(duì)象,建立了長(zhǎng)球液滴極化模型,借助橢球坐標(biāo)系,計(jì)算得到液滴內(nèi)部電場(chǎng)分布及其極化率;分析了同軸柱形電場(chǎng)作用下極化液滴的受力平衡關(guān)系,建立了液滴變形動(dòng)力學(xué)模型,運(yùn)用電流體動(dòng)力學(xué)(EHD)理論得出液滴所受電應(yīng)力和內(nèi)外流動(dòng)應(yīng)力的解析表達(dá)式,計(jì)算得到了液滴最大拉伸變形量;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,液滴變形動(dòng)力學(xué)模型能夠準(zhǔn)確有效地預(yù)測(cè)同軸柱形脈沖電場(chǎng)作用下液滴的拉伸變形量。其次,通過(guò)建立耦合單元本體數(shù)值計(jì)算模型,仿真分析了單元本體分離特性�？紤]到耦合場(chǎng)中高壓脈沖電場(chǎng)和旋流離心場(chǎng)需要實(shí)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(chǎng)單元本體;根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù),建立了單元本體分離數(shù)值分析模型;通過(guò)模型,計(jì)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(duì)油水分離效率的影響,為設(shè)計(jì)高效分離單元本體提供了依據(jù);單元本體油水分離實(shí)驗(yàn)表明,數(shù)值分析模型的計(jì)算結(jié)果是可靠的。再次,通過(guò)建立雙場(chǎng)耦合分離數(shù)值計(jì)算模型,仿真分析了耦合場(chǎng)單元分離特性。針對(duì)耦合單元對(duì)乳化油液滴的電場(chǎng)力作用,推導(dǎo)出液滴電場(chǎng)力的麥克斯韋應(yīng)力張量矩陣形式,依據(jù)流體力學(xué)N-S方程、連續(xù)方程、電場(chǎng)控制方程等,建立了雙場(chǎng)耦合分離數(shù)值分析模型;通過(guò)編譯用戶自定義函數(shù)(UDF),計(jì)算分析了入口流速、脈沖電場(chǎng)電壓、脈沖電場(chǎng)頻率等主要操作參數(shù)對(duì)耦合場(chǎng)內(nèi)部流場(chǎng)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(dǎo)。最后,仿真分析了三場(chǎng)協(xié)同單元分離特性,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。綜合分析了三場(chǎng)協(xié)同破乳脫水裝置中真空加熱單元對(duì)油液黏度產(chǎn)生的影響以及耦合單元電場(chǎng)對(duì)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(chǎng)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(duì)脫水單元內(nèi)部速度場(chǎng)分布及油水分離效率的影響,為確定廢油三場(chǎng)協(xié)同破乳脫水裝置最佳工作條件提供了指導(dǎo);通過(guò)乳化油三場(chǎng)協(xié)同破乳脫水四因素五水平正交實(shí)驗(yàn),明確了四個(gè)操作參數(shù)對(duì)裝置單元分離性能的影響次序,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)得到最佳分離實(shí)驗(yàn)操作參數(shù),分析表明仿真計(jì)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(jìn)行油與水的分離處理，利用真空濾油機(jī)（如圖1.2）恢復(fù)油液的使用性能。真空濾油機(jī)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(diǎn)大大下降的真空干燥原理，結(jié)合精密過(guò)濾等其它技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的[17]。       也要看到，真空濾油機(jī)處理乳化油時(shí)存在兩個(gè)突出缺點(diǎn)：一是能耗高，二是效率低；真空濾油機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于能夠脫出油中極微量的水分，所以在處理變壓器油時(shí)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(duì)于含水率普遍較高的工業(yè)廢油，，真空濾油機(jī)難以滿足油液凈化的高效性、經(jīng)濟(jì)性要求。

 /X脫水效率影響曲線圖3.18中，可清晰看變化趨勢(shì)。無(wú)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(chǎng)，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(jìn)行數(shù)值仿真，其結(jié)果如圖3.19。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X74;TE96

【參考文獻(xiàn)】

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1 龔海峰;張賢明;彭燁;尚浩浩;汪靜姝;;廢油三場(chǎng)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(guò)程中氣體速率對(duì)其效率的影響研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2015年10期

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本文編號(hào)：2664938