刮膜式分子蒸餾中流體力學(xué)與傳質(zhì)研究.pdf

1、分子蒸餾技術(shù)具有常規(guī)蒸餾不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，在天然產(chǎn)物及熱敏性物料的分離純化方面得到廣泛的應(yīng)用。其中刮膜式分子蒸餾技術(shù)以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和分離優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐中的應(yīng)用更為普遍。由于刮膜器的作用，使得蒸餾器內(nèi)的流動(dòng)狀況及傳質(zhì)傳熱過(guò)程變得復(fù)雜多變，因此對(duì)刮膜式分子蒸餾過(guò)程的理論和實(shí)驗(yàn)研究仍在不斷完善中。本文的目的在于通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬研究相結(jié)合的方法，對(duì)刮膜式分子蒸餾裝置中的流體力學(xué)特性及傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究。
　　本文首先利用流體力學(xué)軟件FLU

2、ENT對(duì)刮膜器內(nèi)的流體力學(xué)特性進(jìn)行了二維模擬，考察了刮膜器和物性等參數(shù)對(duì)流體的液膜均勻程度和湍流程度的影響。模擬結(jié)果表明：適當(dāng)增大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子半徑以及轉(zhuǎn)子與壁面間的縫隙均可促進(jìn)液膜均勻分布，提高湍流程度，同時(shí)上述參數(shù)對(duì)高粘度流體的影響程度比對(duì)低粘度流體的影響更大。
　　另外，本文結(jié)合模擬結(jié)果進(jìn)一步設(shè)計(jì)了液膜觀察實(shí)驗(yàn)，采用高速攝像法對(duì)刮膜器上的液膜流動(dòng)形態(tài)進(jìn)行拍攝，并記錄各種典型形態(tài)出現(xiàn)的臨界參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了轉(zhuǎn)速、流速和粘度等

3、對(duì)流動(dòng)狀況的影響，同時(shí)觀測(cè)到壁面上主要出現(xiàn)四種液膜形態(tài)：液滴狀、股狀、不連續(xù)液膜和連續(xù)均勻液膜，其中連續(xù)均勻液膜是最理想的液膜形態(tài)。然后，通過(guò)無(wú)量綱分析方法和非線性最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和擬合，得到了出現(xiàn)連續(xù)均勻液膜時(shí)臨界流率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，并將其作為判斷液膜形成的標(biāo)準(zhǔn)，其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　為了更加系統(tǒng)的考察刮膜式分子蒸餾過(guò)程，證實(shí)液膜形態(tài)與傳質(zhì)效率的內(nèi)在聯(lián)系，本文利用富氧水進(jìn)行了刮膜式分子蒸餾的解析實(shí)驗(yàn)。實(shí)

4、驗(yàn)結(jié)果表明：物料性質(zhì)和流動(dòng)情況對(duì)傳質(zhì)過(guò)程都具有重要影響，說(shuō)明了流動(dòng)形態(tài)與傳質(zhì)過(guò)程的關(guān)系密切。然后利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，為分子蒸餾傳質(zhì)過(guò)程的研究提供了參考。
　　最后，本文分析、總結(jié)上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，得到不同液膜形態(tài)下的傳質(zhì)系數(shù)，液滴狀、股狀、不連續(xù)液膜和均勻連續(xù)液膜的平均傳質(zhì)系數(shù)逐漸增大，證實(shí)流體力學(xué)特性與傳質(zhì)特性之間的關(guān)系。并再次利用FLUENT軟件對(duì)流動(dòng)特性與傳熱過(guò)程的聯(lián)系進(jìn)行了初步探索，完成了對(duì)整個(gè)刮膜式