搅拌研究新技术

经过近一个世纪的实验研究和理论探索.当今的流体混合技术已进人快速发展时期.并积累了大量可用于分析和预测混合体系的设计经验和关联式.但由于流体混合体系的多样性和物料流变特性的复杂性.目前对于搅拌设备的选型和设计还主要依赖经验和实验.对其优劣很难用理论预测.对于能耗和生产成本.只能在一定规模的生产装置上进行对比后才能分出高低.另外对搅拌设备的放大规律至今仍无足够的认识.缺少理论指导.因此从更微观更本质的角度.采用先进的测试手段和计算流体力学方法.获取搅拌设备中的速度场.温度场和浓度场.不仅对搅拌与混合设备的优化设计具有重要的经济意义.而且对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义. 　　1 LDV / PIV测量技术 　　搅拌设备内流速的精确测量是一件复杂的工作.这是由于搅拌设备内的流动是三维和高度不稳定的湍流.脉动和随机湍流给流速测量带来了很大困难.早期的流速测量方法如毕托管.电磁流速计.压电探头和热线或热膜风速仪等.都由于插人流场中的探头而使流动受到干扰.20世纪80年代以来.国内外开始运用激光多普勒测速仪LDV(Laser Doppler Velocimetry)来测量搅拌釜内流场.LDV测量是在某一测点处一段时间内进行的.因此所测速度是时均定量值.通过对搅拌釜中每一点的测量可以得到整个流场.但由于这些测量不能同时进行.因此LDV不能用于研究非稳态流动. 　　为了研究时变流动.必须采用更先进的粒子成像测速仪PIV(Particle Image Velocimetry).可在瞬时得到整个流场分布.其原理是搅拌设备由一狭缝激光束照射.用两个脉冲激发光源.得到粒于场的两次曝光图像.接着从曝光时间内粒子的位移计算出速度场.但PIV的技术开发仍未完善.尚处于应用初期.目前还不能很好地测量高速湍流下的湍流参数. 　　利用LDV测量技术.可以准确获取搅拌釜中丰富的信息如时均速度场.湍流强度场.雷诺应力场.剪切速率场.并可进一步计算得到宏观特征参数如排量和功耗等.因此目前LDV测量数据的一个主要用途就是验证CFD(Computational Fluid Dynamics)模型的仿真结果和提供模型边界条件.近几年LDV还被用于测量多层桨的搅拌特性.如排量和循环流量等.因为在单层搅拌器条件下所采用的测量排量的粒子跟踪法.在多层桨条件下是不适用的. 　　2 CFD模拟技术 　　LDV仅仅提供了一些重要参数如排量准数.时均速度和脉动速度的分布等.而不能从本质上认识混合与流动.无法改变日前这种依靠经验来放大的现状.因此采用计算流体力学的方法.来模拟和预测不同几何尺寸和操作条件的搅拌设备中详细的流动和混合特性.是流体混合技术的发展趋势. 　　搅拌设备内流动数值模拟目前应用最广泛的是对搅拌器采用黑箱模型进行稳态分析.即由实验测得搅拌器周围虚构表面的速度场作为边界条件或将桨叶对流体的作用看作流体动量的产生源.从数值计算来看.黑箱模型具有简捷.方便等特点.能较准确地预报搅拌器在不同条件下的运动特性.但该方法需要实验数据作为桨叶边界条件.因此不能用于多相流体系的模拟. 　　CFD最重要的应用(也是CFD技术的最主要优点)是对流场的分析.可以明确在不同搅拌器的型式.尺寸.离底距离等条件下.流场对混合.悬浮和分散等过程的影响.即CFD流动.能量耗散等的计算可视化.从而使用户可以直观地了解釜内的混合情况.帮助用户确定已存在系统中的问题.指导用户进行搅拌器的优化设计.消除死区.确定加料口位置等.目前国外的专业混合设备公司己经利用CFD技术优化搅拌器的几何尺寸.开发了第二代高效轴向流搅拌器. 　　CFD的另一个主要优点就是模型的设备大小无关性.一旦它们被验证可以合理准确地描述搅拌反应器过程.就被用于放大.以预计放大后的棍合和反应性能. 　　随着CFD技术的发展.可压缩性流体和一些简单的非弹性粘性流体在商业软件中已经可以模拟.目前多相流(尤其是气-液体系)混合的CFD模拟也得到了长足发展.但与实际应用仍有相当距离. 　　3 电子过程断层成像技术 　　电子过程断层成像技术EPT是一种多相流体系的非接触式的实时检测和可视化技术.可以测量不透明介质的流场. 　　EPT的工作原理与医学测试仪器中的CT相差不多.在被测搅拌釜或管道外壁等距离贴附一组8到16只传感器一周.此传感器为长方形不锈钢电极片.既是发射器又是接收器.釜或管道内要有两种具有不同电性能(电导率.电容率等)的物料(不同电导率的液体.气体和固体.液体和固体).然后在有规律的电脉冲作用下.所有可能的相邻传感器组合的电压通过数据采集单元传送回计算机.计算机将记录所有电极的信号和先后次序.并采用图像重建技术还原出釜或管道横截面的图像.每秒可获得高达100帧图像.如果采用多组传感器对不同高度进行断层成像.则可在图像重建技术的辅助下.建立釜或管道的三维图像和实体造型. 　　EPT系统无辐射危险.价格便宜.易于制造.响应速度比CT快且可以满足工业实时过程要求.但图像解析度比CT要低. 　　由于EPT可以准确地测量出搅拌反应器中的流动区域.速度场.气体和固体组分浓度分布.而这些数据可用于从空间和时间两方面验证多相体系的混合模型和CFD模型.因而EPT技术可直接用于优化搅拌器的设计和操作.随着电子技术.图像重建算法和计算机硬件的发展.EPT还将被用于过程的在线监测和控制. · 行业聚焦： 每种干燥设备装置都有其特定的适用范围，而每种物料都可找到若干种能满足基本要求的干燥设备装置,但最适合的只能有一种。如选型不当，用户除了要承担不必要的一次性高昂采购成本外，还要在整个使用期内付出沉重的代价，诸如效率低、耗能高、运行成本高、产品质量差、甚至装置根本不能正常运行等等。 　　以下是干燥设备装置选型的一般原则，很难说哪一项或哪几项是最重要的，理想的选型必须根据自己的条件有所侧重，有时折中是必要的。 　　一、热泵干燥机的原理 　　热泵干燥机是利用逆卡诺原理，吸收空气的热量并将其转移到房内，实现烘干房的温度提高，配合相应的设备实现物料的干燥。热泵干燥机由压缩机——换热器（内机）——节流器——吸热器（外机）——压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程（温度高达100℃），它进入内机释放出高温热量加热烘干房内空气，同时自己被冷却并转化为流液态，当它运行到外机后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20℃——30℃，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将热量传递给冷媒。我国现在已生产的干燥设备品种日益增加，适用范加热设备围不断扩大，产品水平及质量正在迅速提高，市场竞争能力正在不断增强。特别是我国政府出台了支持产品出口的各项相关政策，为国内干燥设备生产企业创造了极好的外部条件，这都表明我国干燥设备发展前景良好。 　　在普通流化床上施加振动，称振动流化床。振动流化加热设备从产生振源上可分为2类：一类为振动电机驱动；另一类为普通电机通过激振箱使弹簧产生振动。振动流化床尺寸大时，后者效果较好。 　　流化床喷雾造粒干燥机该过程是流态化技术、雾化技术和干燥技术三者有机结合。它是将雾化的料液喷洒到已流化的晶种“明年国内外两个市场的需求增速可能比今年有所回落，但继续增长的态势不会有突发性逆转，需求总量仍可望继续保持增长。另外，我国装备制造业占制造业增加值的比重与工业发达国家相比尚有很大差距，由此行业还有相当的发展空间。” 　　中国干燥设备工业联合会副会长蔡惟慈日前在对明年干燥设备工业经济运行形势进行分析时给出如上判断。 　　产品出口呈现升级之势 　　蔡惟慈认为，今年干燥设备行业的发展呈现四个特点。 　　对国民经济支撑能力增强。表现为国产装备自给率稳步提高，消费升级所需产品大发展和关键装备技术进步步伐加快。重大技术装备国产化取得可喜进展，基础装备继续保持高增长态势。一批关键装备响了我国石化工程项目的投资控制和建设进度。 　　作为国家“十一五”重大技术装备攻关项目，2007年1月，在国家发改委、机械联合会、中石化的组织和协调下，确定了以燕山石化乙烯改造工程为依托，大连橡塑、北京化工大学和燕山石化等6家单位组建成国家层面上的产学研联合攻关团队，由大连橡塑公司担纲国产化机组成套研制的重任，并于2008年7月在大连启动研发工作。 　　乙烯装置是乙烯生产的龙头，大型挤压造粒机组是大型乙烯装置后处理的关键设备，集机械、电气、仪表于一体，自动化水平高，设计、制造难度大。大连橡塑凭借技术储备，经过多年联合攻关，使关键部件全部实现国产化。据悉，该机组将于近期落户燕山石化。

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