撞击流微混合器的结构、性能及其在沉淀过程中的应用研究

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1、分类号VDC博士学位论文密级撞击流微混合器的结构、性能及其在沉淀过程中的应用研究Structureandpropertyofimpingingstreamsmicromixersandtheirapplicationintheprecipitationprocess作者姓名：李友凤学科专业：化学工艺学院(系、所)：化学化工学院指导教师：叶红齐教授论文答辩日期)-012·fz、f答辩委员会主席中南大学2012年9月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特

2、别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：叠吐k日期：!!三年』上日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《

3、中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：垒世导师签套鲨坠日期：丝年舅三日摘要由于混合直接影响到沉淀法制备功能粉体的性能，为了提高混合器内反应物料的混合效果，本研究根据撞击流微混合器内流体的流动形式及两股流体的撞击方式，提出了直流对撞(M1)、锥流对撞(M2)、直流旋撞(M3)Sfll旋流旋撞(M4)四种不同流体碰撞方式的微混合器。通过实验研究和理论模拟计算，对四种微混合器的液液及气液两相的混合过程进行了探讨。在此基础上，考察了四种微混合器在沉淀法制各硫酸钡(BaS04)、氢氧化铝(AI(O

4、H)3)、铈掺杂钇铝石榴石(YAG：Ce”)黄色荧光粉中的应用。1、微混合器液液混合性能：利用饱和Kcl溶液为示踪剂，实验研究了物料在微混合器内的平均停留时间分布，结果显示：微混合器内流体几乎接近全混流；撞击区进口管径对停留时间及其分布影响很小；M4型混合器的出峰时间延迟，峰宽变窄，说明旋流旋撞改善了微混合器内物料的返混程度。利用碘化物．碘酸盐平衡竞争反应，实验研究了表征微混合器的液相微观混合特性的离集指数(xs)，并考察了流体的流速、流动形式及撞击方式对Xs的影响。结果表明，实验条件下，微混合器的Xs的大小在3．5x

5、10-3～6．0x10‘3之间；对于四种结构微混合器的Xs，发现存在如下规律：XsM4

6、N2化学吸收法测量了这四种微混合器在气液两相逆流接触条件下平均相界比表面积(a)及液相吸收传质系数(kI，)；研究了微混合器结构形状、管道直径(m)、液体流量(q。，L)和气体流量(q、，，。)等参数对a和kL的影响。发现a为1．2×105～1．0×106m2．m-3，经数据处理得a与各操作参数的关系有aMlaM2-

7、大大强化了其气液传质过程。当液体流量qv从5L·h-1增加到·J时，的传质系数I，是的2．69～3．23倍,I；．当撞击区进口管2径5Lh从M减4小到时k，在不M同1d2mm1mm液体流量下M1的传质系数kI．提高了1．08～1．36倍；气体流量对kI．的影响不大，总体呈上升趋势；单涡模型计算结果表明撞击流微混合器具有促进气液传质效果，能较好地反映kI，实验值。Fluent软件中的流体体积(VOF)模型模拟结果显示，实验条件下，撞击流微混合器内的气液两相间存在有肉串流、塞状流、气柱流和半环流等流型，这些流型的出现可以增

8、大气液接触比表面积，从而增强微混合器内气液传质效果。3、液液混合制备BaS04的研究：以BaCl2和Na2S04为原料，采用四种撞击流微混合器制备BaS04的研究表明，M4型混合器与其它混合器相比，获得的BaS04颗粒的粒径更小，粒度分布更窄；流体流量增大及混合器进口管径减小有利于获得较小粒径颗粒；而初始反应物浓度增加也会导致产品