探索气泡管内弹状流传递特性与晶层生长的研究

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1、大连理工大学博士学位论文气泡管内弹状流传递特性与晶层生长的研究姓名：贠军贤申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：沈自求20020501摘要摘要熔融结晶技术以熊无需使用中间溶剂、操作条件温和、较精馏节能及可获褥毫缝发戆产最等谯蔗，近年来在纛撬甥系分离与缝化领域弓l怒了重援。Rtltgers气泡塔结龋技术是层式熔融结晶的～种。它是通过向结晶管内熔体中引入气体，形成弹状流动，以增强熔体与晶层之间的热、质传递过程，实现物系高效分离秘纯他懿一秘结晶方法。针对气泡塔结晶器内的传递过稷，本文用电化学方法，对零净液流量(ZNLF)条件下羹赢管内弹状流蹙

2、面传递进行了实验研究，结果说明：当基于表观气速躲Froude数FroO．93时，壁面剪威力方向一直向下，液膜射流穿透了整个波塞段，控巷《了壁面传递避摆。二考的转换发生在FrG=O．74～O。93之闯，前者适于结晶搡绍。根据滚羧和液塞段液体流动与传递特征的差异，将弹单元区分为层流液膜隧、湍流液膜阪、尾迹区及液塞发展段等四区，由实验数据德到了搬述壁面传威的四区关联模型，并由热威类比锝到了

3、撼述熔体一黼屡赛西怼流传热貘系数瓣计算式。在此熬础上，对气泡管内晶层擞长中的热质传递进行了分析，得到了描述单组分和双缀分熔钵晶鼷生长的数学模型及其避似鳃，并与已内醮胺一环已醺熔讳勃系的结晶实验避行了对晓，渤合良好。随蕊，通过实验帮理论分橱，考察了晶层生长特征、晶层杂质包藏的分布与迁移投影响晶层纯度的弹状流操作条件。结聚说明，在晶层生长的初期，弹单元内液膜区、尾逊区和液塞发展段豹生长遗搴均较大；隧簧生长薅瘸瀚增大，滚璇嚣生长速率下降；在生长蠢期，弹单元内出现液膜区和液塞段“结晶一熔化”的痰替生长，对晶层纯度的提高是有利的。同时，晶层杂质分布不

4、均匀，是生长过程母液杂质被包裹进入品层帮母滚惫藏在遗疫撵凌终震下迁移瑟离开晶爱嚣个过程豹综合缝莱。另努，舜状流参数对晶层纯度的影响，与液膜下落一液塞上升对晶层界面的交替冲刷及犬遣理工大学博士学位论文弹肇元内结晶一融化发汗等薅个过程密切秘关，其台理酝合可获褥理想螅分离效浆。綦于对气泡管内弹状流传递特征的分析，文中提出了一种新型的气泡塔结菇器一外丽漉气滤塔结晶器，劳震电他学方法，对带有隧力段辨环流气逸管内的流体动力学褥征与壁面传递特征进行了实验研究，结粜说明：辨环流气泡管弹单元内，壁面剪应力出现向上或向下的变化，但变化点不是规则地取决于弹状气泡

5、或液塞的剥采和离开；由于循环流速的波动，使传递特征较ZNLF条件下笺杂。文中通过分析萁弹狡流动梳理，蕊于系统压降与动量平衡关系，建立了描述该系统流幼的流体动力举模型，与实验结果吻合良好。最后，对外环流气泡管内的晶层生长与鑫层纯度问题进行了实验研究积理论分辛厅，著与ZNLF条静下气泡结鑫管逶行了对晓；圈辩，建立了努环流结晶管内晶层生长的非稳态模型，与实验结果熬本符合。结晶实验说明，外环流条件下一个弹单元内，液膜下落幂Ⅱ液塞上升的交替变化使癸丽区杂质向熔俸主体兹逡移及结磊一获汗终蘧较ZNLF条{孛下熬结晶管增强，疆蒺纯度褥弱了提高。本文考察的气

6、泡管内弹状流近似发展，与工业结晶镶内的情况较接近。基于外环流操作思想可开发适于工业应用的外环流气泡塔结鹣器，可望鞍Rlltgers气漶塔结晶器避一步提离瑶拣麓屡的纯度帮分离效条。关键词：熔融结晶；气泡塔结晶器：晶层生长；包藏运移；弹状流；传递特征外环潺气海塔结晶器^BSTRACTABSTRAe薯Meltcrystallizationattractsthe}ncreazingattention-nseparationandpurificationoforganicchemicalsinchemicalindustriesoverthepast

7、fewyearsrduetoitssignificantadvantagessuchaslowoperationtempera翘re，lowerenergyrequiredthandistillation，withomusingsolvents，andeasytogeneratehighwpufftyproducts．Thecrystallizationtechniquebybubblecohmmcrystallizer(Bcc)，whiohwasoriginallydevelopedbyRutgerswerke，isoneofeffect

8、ivetechniquesoflayer-basedmeltcrystallization．Thetechniqueiacarriedoutbyinjectinganinertg