刮膜式分子蒸餾中液膜形態(tài)與液體流動狀態(tài)的研究.pdf

1、分子蒸餾技術(shù)以其特殊的分離機(jī)理，在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的分離技術(shù)，分子蒸餾技術(shù)特別適用于熱敏性物料的分離。在各種分子蒸餾技術(shù)中，又以刮膜式分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用前景最廣闊。但是由于裝置中存在高速運(yùn)動的轉(zhuǎn)子，使得液體在裝置內(nèi)部的流動過程異常復(fù)雜，制約了該項技術(shù)的深入研究和工業(yè)應(yīng)用。本文通過實驗與模擬相結(jié)合的方法，對刮膜式分子蒸餾裝置內(nèi)液膜形態(tài)和液體的流動狀態(tài)進(jìn)行了研究。
　　 本文首先使用高速攝像法，在冷模狀態(tài)下對蒸發(fā)壁

2、面上的液膜形態(tài)進(jìn)行圖像記錄。通過對圖像的分析，發(fā)現(xiàn)在整個實驗過程中，壁面上出現(xiàn)了四種不同的液膜形態(tài)：點(diǎn)狀分布、線狀分布、部分成膜和整體成膜。利用量綱分析法對影響成膜的各因素進(jìn)行分析，得到了與成膜過程有關(guān)的三個無量綱數(shù)：Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅱ3。最后使用非線性最小二乘法對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，得到了整體成膜狀態(tài)下方程Ⅱ3=f(Ⅱ1、Ⅱ2)的具體形式。結(jié)果表明成膜臨界速度u*cr(Ⅱ3)作為判斷壁面流型的標(biāo)準(zhǔn)，其大小與過程的雷諾數(shù)和韋伯?dāng)?shù)有關(guān)。

3、>　　 本文采用電學(xué)測量法對刮膜式分子蒸餾過程中蒸發(fā)壁面上液膜的連續(xù)性和液膜厚度進(jìn)行了實驗測量。通過將電壓信號與壁面液膜形態(tài)進(jìn)行對比，總結(jié)出判斷液膜連續(xù)性的判據(jù)。并根據(jù)液膜厚度與壁面液體電阻值之間的關(guān)系，得到并驗證了壁面液膜厚度的平均值，最后使用響應(yīng)曲面法對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了液膜厚度的二階經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。
　　 本文使用計算流體力學(xué)軟件FLUENT對二維平面上轉(zhuǎn)子對壁面液膜的刮擦過程進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)子刮膜形成的三

4、種流動狀態(tài)迥異的區(qū)域中，頭波中液膜較厚，在頭波區(qū)和轉(zhuǎn)子后部流動區(qū)域具有相反的徑向運(yùn)動方向，有助于蒸發(fā)壁面上液膜的受熱逸出和不同液層間的充分混合。最后對圓形的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。模擬結(jié)果顯示改進(jìn)后的轉(zhuǎn)子能有效提高近壁面處的平均徑向速度和切向速度，強(qiáng)化液層間的混合。
　　 最后本文使用脈沖示蹤法得到了不同條件下刮膜式分子蒸餾系統(tǒng)中的停留時間分布曲線，通過對實驗過程的觀察及分析，建立了系統(tǒng)的流動模型，并通過與實驗值的比較，驗證了模型的可