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文檔簡介
1、能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為當(dāng)今世界面臨的主要問題,尋找可再生和低污染的生物質(zhì)能源已經(jīng)迫在眉睫。生物柴油作為可再生、環(huán)境友好型的清潔能源,是石化柴油的理想替代品。目前生物柴油的制備方法有很多,其中超聲波輔助固體堿催化合成生物柴油的技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)。因此,課題組成員采用超聲波輔助固體堿催化豆油制備生物柴油,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:超聲波可以作為強(qiáng)化手段合成生物柴油。但此類研究與大多數(shù)的研究一樣,研究內(nèi)容都集中在超聲波特性參數(shù)、醇油摩爾比、溫度等體系
2、參數(shù)與產(chǎn)率之間的關(guān)系,而對于超聲強(qiáng)化酯交換反應(yīng)的作用機(jī)理以及酯交換反應(yīng)中超聲空化的研究比較少。超聲對酯交換反應(yīng)的強(qiáng)化主要是通過空化效應(yīng)來進(jìn)行的,而空化效應(yīng)的大小主要是通過氣泡的運(yùn)動、潰滅等動力學(xué)過程所決定的。因此,開展酯交換反應(yīng)中空化行為的研究具有十分重要的理論和實(shí)際參考意義。
首先,闡述了超聲波強(qiáng)化酯交換反應(yīng)的作用機(jī)制,建立了體系中固體催化劑的傳質(zhì)模型,分析了超聲波對反應(yīng)過程強(qiáng)化的作用機(jī)理。結(jié)果表明:超聲空化可以提高傳質(zhì)
3、系數(shù),強(qiáng)化傳質(zhì)。
其次,通過理論分析,推導(dǎo)出多相體系內(nèi)單一空化氣泡運(yùn)動方程,建立相應(yīng)的動力學(xué)模型,采用MATLAB對模型方程進(jìn)行數(shù)值模擬,考察相體物性、波的特性、氣泡的物理量等因素對氣泡壁動態(tài)的影響程度。結(jié)果表明:欲使空化得以優(yōu)化,需采用較低的超聲頻率、氣泡半徑為共振尺寸、普通的環(huán)境壓力、適宜的超聲波功率、較小的表面張力和較小的黏度。其中超聲波頻率、初始半徑、超聲波聲壓幅值、黏度對空化氣泡壁的運(yùn)動影響較大。
4、另外,建立多相體系內(nèi)單一空化氣泡潰滅瞬間超聲聲壓幅值和主體溫度與泡內(nèi)溫度和壓強(qiáng)之間的關(guān)系式,采用MATLAB對模型方程進(jìn)行數(shù)值模擬,考察了甲醇蒸汽與空氣并存型、甲醇蒸汽型和空氣型空化泡潰滅瞬間聲壓幅值和主體溫度與泡內(nèi)壓強(qiáng)和溫度之間的關(guān)系。結(jié)果表明:隨著聲壓幅值的增加,空化泡潰滅時(shí)泡內(nèi)的最大壓力和最高溫度大幅度提高;隨著主體相溫度的升高,甲醇蒸汽空氣并存型和甲醇蒸汽型空化泡潰滅時(shí)泡內(nèi)最大壓力和最高溫度迅速下降,而空氣型空化泡潰滅時(shí)泡內(nèi)最高
5、溫度快速上升,但潰滅時(shí)最高壓力保持不變。
除此之外,基于完全空化模型、氣液兩相混合模型和標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型,利用Fluent模擬軟件對雙頻超聲波水模設(shè)備內(nèi)流場進(jìn)行了初步的宏觀模擬,分析了空化形成和空化流動的原因,獲得設(shè)備內(nèi)的流場信息,并與單頻超聲波作了對比。結(jié)果表明:雙頻超聲產(chǎn)生的高頻周期性振動,導(dǎo)致動邊界的壓力和速度呈現(xiàn)出周期性變化,隨著這種振動傳播到液體內(nèi)部,會在液體中產(chǎn)生比其中單一頻超聲波較強(qiáng)的空化效應(yīng)。另外,雙頻超
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