张建文[1]1998年在《降膜结晶技术及其数值模拟研究》文中进行了进一步梳理随着航空航天、电子等工业所采用的新型高强度、各种特殊性能高聚物材料的不断发展以及诸如医药等民用工业发展的迫切需要，日益突出了对有机物系的分离要求。获得高性能聚合产品的主要障碍往往在于能否获得高纯度的单体材料，药物工业中也常常由于药物提炼不纯，微量毒副作用物质的存在使药物的应用达不到应有效果。材料科学和材料应用的发展需要，往往要求产品纯度达到99.99％乃至更高。降膜熔融结晶是近十几年发展起来的新型分离提纯技术，该分离提纯技术因其高效、节能、操作温度低等优点倍受人们青睐，在国内外已经广泛用于制取为各种高新技术产业服务的高纯及超纯产品以及多种特殊物系的分离提纯。降膜结晶分离过程为一涉及复杂流体流动及耦合传热、传质的固液相变过程。其间下降液膜在壁面冷却作用下，与冷却固体壁面接触的部分熔体中的高熔点物质首先在固壁上结晶析出而降低了壁面附近液体中高熔点物质的浓度。由此只有不断通过传质由液体主体向壁面输送高熔点物质才能保证高熔点物质持续在冷壁上结晶析出，实现从含有低熔点杂质的熔体中分离提纯高熔点物质的目的。因而控制和掌握降膜结晶过程中的复杂传热传质过程是进行高效分离提纯、获得高纯制品的关键。本文从实验与数值模拟两方面来研究降膜结晶过程规律。本文共分九章，其中： 第一章为前言，概述了结晶过程技术优势、应用，介绍了熔融结晶背景、发展过程及其工业应用。 第二章为文献总结，综述了与本论文相关领域的国内外发展情况，分四个部分介绍。其中，第一部分论述了降膜结晶技术特点、应用、发展过程以及国内外研究现状；第二部分论述了降膜结晶过程数值模拟相关研究和发展，介绍了国外、国内的研究工作，提出降膜结晶晶体生长与多孔介质传递现象之间的相关性；第三部分论述了多孔介质传递过程原理及多孔介质传递过程的应用领域，介绍了多孔介质传递现象相关理论及其研究方法、研究现状等；在此基础上，第四部分提出了本文研究工作的内容与目的。 第三章为本文的降膜结晶工艺实验部分，它包括：实验物系选择及相关物性数据的计算，实验流程、实验方法及温度采集系统建立等。利用自制实验室单管降膜结晶装置以混合二氯苯物系和工业萘—硫茚物系为实验物料进行了降膜结晶分离提纯实验，探索了混合二氯苯物系(低共熔型)和工业萘—硫茚物系(固体溶液型)降膜结晶过程的分离提纯效果、晶层生长方式等。实验表明两种不同类型物系的降膜结晶过程均表现为非光滑面结晶生长方式，在晶层表面往往散布有一些凸起物。这表明降膜结晶过程熔体结晶存在糊状区枝晶生长。本章还研究了降膜结晶过程所得晶层的部分熔融(发汗)过程的提纯作用。 第四章为显微镜热台有机熔体定向结晶显微观测，利用西北工业大学凝固技术国家重点实验室的显微镜热台熔体定向结晶实验装置实地观测了混合二氯苯物系和萘—硫茚物系的显微镜热台定向结晶生长过程晶体生长形貌特征、枝晶生长方式等，为建立准确反映实际降膜结晶过程的数值模拟模型提供了定性定量的依据。 两相区晶体生长现象导致降膜结晶过程传递现象极为复杂，这一现象也是导致晶层纯度下降、杂质包藏增加的直接因素。为弄清实际降膜结晶过程中非光滑晶体生长方式并深入揭示降膜结晶过程流体流动与传热传质过程的规律及杂质包藏的机制，在相关降膜结晶工艺实验及显微镜热台熔体定向结晶实验工作的基础上，第五章从普遍化双流体基本理论和混合物理论出发建立了降膜结晶过程液固两相分区统一数值模拟模型，详细、深入地阐述了糊状两相区晶体生长的物理模型和进行具体处理的数学方法。本模型的主要特点如下：
刘安[2]2009年在《内外双降膜熔融结晶过程数值模拟》文中研究指明结晶是高效的分离提纯技术。降膜结晶-精馏联合操作工艺将降膜结晶和精馏这两种分离方法联合在一起,能够实现过程强化,适合于分离沸点接近而熔点差大的同分异构体以及高凝固点热敏物系。本文从基本的传递方程出发,考虑动态降膜流动、传质、传热以及结晶相变的相互耦合,建立了一套描述在圆形直管上降膜结晶过程的完整的通用数学模型。为实现模型的精确求解,将冷却介质、管壁、结晶层和料液层作为不同的区域分别建模独立计算,给出了完整的冷却液膜、管壁、结晶层和料液层之间界面的初值及边界条件。以萘和硫茚为研究对象,利用过程模拟软件gPROMS计算平台对建立的模型进行了数值模拟研究,考察了料液的进口过热度、冷却水的进口过冷度、结晶管壁厚度、结晶管直径等因素对结晶过程产生的影响,分析了该过程适宜的操作条件。应用本通用数学模型,可以进行不同操作条件下及不同物系的模拟计算,为结晶器设计及优化操作提供依据。在gPROMS平台上建立了连续精馏塔的稳态通用数学模型,并以萘和硫茚为研究对象,进行了模拟计算,并通过优化精馏塔的操作参数得到了适宜的操作参数。通过对降膜结晶与精馏过程的特性分析,确定了降膜结晶与精馏过程的联合操作条件,实现了整体分离流程的高效操作,最大限度地提高了目标产品的收率。研究结果表明,本文建立的降膜结晶过程的通用数学模型取得了显著的进步,所开发的求解方法对解决类似问题有一定的借鉴作用。研究结果可以为工业实际操作提供有力的指导。
陈彦泽, 丁信伟, 周一卉[3]2003年在《自由降膜传热传质数值模拟技术应用进展》文中进行了进一步梳理自由降膜过程在许多工业领域,特别是在石油化工工业中有着非常广泛的应用。近年来,随着计算机技术的发展,研究人员采用理论分析、数值模拟和实验相结合的技术手段,对降膜传热传质过程进行了深入的研究,为优化降膜传热传质过程和新型设备的开发提供了理论基础。
许长春[4]2010年在《高纯对甲酚精制熔融结晶过程的研究》文中研究指明随着国际上化工和医药市场竞争的日益激烈和环保意识的增强,对各种高效分离提纯技术的研究开发与应用得到了工业界的重视。熔融结晶是根据待分离物质之间凝固点的不同而实现物质分离与提纯的方法,与常规的精馏分离技术相比,它具有操作温度低、能耗低、产品纯度高和绿色环保等独特优点。国内外对以熔融结晶技术制备高纯度化工产品的研究日益活跃,本文以对甲酚结晶为研究对象,对垂直管内熔融结晶流动过程进行了全面深入研究。为考察降膜结晶器中气液两相的流动状况,采用激光多普勒测速仪和激光颗粒动态分析仪测试了结晶器中气泡的上升速度及液弹的长度分析。结果表明,在一定高度内,气泡在上升过程中呈先加速后匀速的变化趋势,随着表观气速的提高,气泡速度也不断提高,其轴向分布状态也随之更加不稳定;气液二相弹状流的液弹长度分布符合对数正态分布函数的规律;液弹长度对气速和液速变化不敏感。当气泡达到一定高度时,气弹速度对前方液弹长度的影响较小。通过分析弹状气泡在对甲酚熔体中形成的气-液两相流动特点,建立了降膜熔融体系的两相流流动数学模型,采用CFD技术对对甲酚熔融结晶过程气-液两相流流场及晶体生长过程进行了数值模拟。结果表明,脉冲式鼓泡有利于熔体与晶体壁面之间的层流层与液相主体之间的传质和传热,保持了边界层稳定的浓度和温度梯度,对对甲酚熔融结晶过程具有明显的优势。晶层厚度随时间的增长而增大,当达到一定时间后,晶层厚度随时间变化趋于平缓;随着Ste数增大,结晶过程的传热推动力越大,晶层厚度也变大;晶层厚度随着初始过热度的增加而急剧降低,随后趋于平缓。通过对降膜结晶工艺操作条件进行优化,得到对甲酚熔融结晶提纯过程中适宜的工艺操作参数为:①脉冲通气速率为90L/h;②对甲酚熔融结晶降温速率以0.6～0.8℃/min;③结晶操作时间40min;④结晶率控制在70%左右;⑤发汗升温速率0.2～0.3℃/min;⑥发汗操作时间40min。研究成果不仅对对甲酚熔融结晶提纯过程具有重要的理论意义和应用价值,同时对传质分离工程具有重要的实际意义。
叶青[5]2007年在《人造麝香DDHI分离技术的研究》文中指出针对具有高熔点、高沸点的1，1-二甲基-5，7-二异丙基-6-羟基茚满(简称人造麝香DDHI)的特点，开发了适于分离该类物质的精馏-降膜熔融结晶耦合方法。首先利用自制的固液平衡测定装置，测定了2，6-二异丙基苯酚-人造麝香DDHI体系在常压下的固液平衡数据，分别用Wilson、NRTL和UNIQUAC三种活度系数模型对实验数据进行关联，关联结果和实验数据吻合较好。利用静态熔融结晶技术及降膜结晶技术进行了人造麝香DDHI的分离提纯。采用静态结晶技术使人造麝香DDHI质量分数从95％提高到99.5％，但由于此结晶方法在纯度较低时提纯效果并不好，故不适用于精馏-降膜熔融结晶耦合工艺。在降膜结晶过程中，主要考察了结晶时间、结晶温度、料液的过热度、发汗温度及升温速率对产品纯度和结晶率的影响，且对质量百分数为73％左右的原料进行三级结晶、发汗，每级母液及发汗液循环回上一级使用，可使最后产品纯度达到99％以上，结晶收率为69％以上。此工艺可用于精馏-降膜熔融结晶耦合工艺。同时结合液膜在垂直管中降膜的流体力学与传递研究，得到降膜结晶器内晶层生长的稳态模型，并进行了无量纲变化。由实验结果知模型在处理具有共熔点的人造麝香DDHI混合物时合理。采用精馏—降膜熔融结晶耦合工艺提纯人造麝香DDHI。采用该工艺可使人造麝香DDHI的质量分数达到99.5％，总收率可达到55％以上。精馏—降膜熔融结晶耦合工艺同样可用来提纯对二氯苯。用该工艺分离对二氯苯，对二氯苯的质量分数大于99.7％，单程收率大于58％。本文开发的精馏—降膜熔融结晶耦合工艺对此类高沸点、高熔点物质的分离具有很好的工业化价值。
张建文, 张政[6]2001年在《降膜结晶分离过程热、质及动量传递的数值模拟(Ⅱ)模拟计算》文中提出采用液固二相分区域统一模型 ,以二元有机熔体 (萘 -硫茚 )为例 ,对实验管式降膜结晶器的动量、热量和质量传递过程进行了数值模拟 ,获得了液相区和固相区随时间的变化和枝晶状液固两相区内固相含量的变化及全场温度分布以及主组分萘分布及流场速度分布随时间的变化 .由积分得到的结晶层厚度及萘纯度与相应的实验数据进行了比较 ,所得结果在未引入任何经验常数的条件下与实验结果符合较好 .所建立的液固二相分区域统一模型可以较好地处理实际降膜结晶过程中枝晶状固液两相共存区晶体生长现象及不规则液固相变界面
沈澍[7]2017年在《熔融结晶法纯化对二甲苯研究》文中研究指明对二甲苯(PX)是工业上重要的有机化工原料,吸附法分离混合二甲苯是生产对二甲苯的主要方法。一般经吸附分离后得到的对二甲苯中含有少量甲苯,传统分离方法是采用精馏法来生产高纯对二甲苯,但是精馏塔设备较为复杂,固定投资及维修成本高,还存在塔釜炭化、结焦等问题。针对精馏分离法存在的一些不足,本文采用新型熔融结晶法分离对二甲苯与甲苯混合物,主要工作如下:(1)采用差示扫描量热法(DSC)测量了对二甲苯与甲苯之间的固液平衡相图,结果表明该二元物系为低共熔型物系,并利用NRTL活度系数模型对固液平衡进行了关联。(2)建立了液膜结晶动态过程数学模型,可以较为准确地计算实验过程。利用模型分别研究了进料过热度、降温速率、喷淋密度对晶层生长的影响,为工业设计提供指导。(3)在热力学和动力学研究的基础上,对液膜结晶分离对二甲苯实验过程进行研究。分别考察了结晶和发汗过程中各个参数对产物分离效果的影响。采用优化工艺可分离得到纯度为99.5%以上的对二甲苯产品,证明熔融结晶法分离对二甲苯与甲苯是可行的。(4)分别对熔融结晶和精馏分离过程进行成本核算,结果表明结晶过程固定投资相比精馏低很多,且操作工况稳定,易于得到高纯产品,但能耗略高,因此结晶适用于小批量生产,精馏适用于大批量生产。本文研究的对二甲苯与甲苯熔融结晶分离工艺,操作简单,绿色环保,可得到高纯对二甲苯产物,具有重要的工业实际应用价值。
张建文, 张政, 秦霁光[8]1999年在《降膜结晶分离技术实验研究》文中指出采用萘－硫茚物系对新型高效降膜结晶技术的分离提纯机制进行了实验研究．考察了管外降膜结晶过程中结晶时间、料液流量、冷却水初始进口温度、冷却水降温速率及原料浓度对分离提纯效果的影响．实验发现降膜结晶过程中晶层生长并不完全是光滑界面的生长，而在某些条件下表现为粗糙界面的生长，即生长过程在某些条件下表现为两相区界面的生长．进一步对辅助提纯－发汗过程的工艺参数—发汗时间、发汗初始浓度的影响进行了实验研究．实验结果可用于降膜结晶传热传质机理的数值模拟．
陈彦泽, 丁信伟, 周一卉[9]2003年在《自由降膜传热传质数值模拟技术研究进展》文中研究说明自由降膜过程在许多工业领域,特别是在石油化工工业中有着非常广泛的应用。近年来,随着计算机技术的发展,采用理论分析、数值模拟和实验相结合的技术手段,对降膜传热传质过程进行了深入的研究,为优化降膜传热传质过程和新型设备的开发提供了理论基础。
张建文, 张政[10]2000年在《降膜结晶分离过程的数值分析》文中进行了进一步梳理为了研究降膜结晶过程的相变耦合传热传质过程 ,在混合物理论和实验观察所得的结晶形态及形貌特征的基础上建立了描述降膜结晶过程动量、热量和质量传递的数值模拟模型。该模型的一个重要特点是认为在降膜结晶过程中在熔体液相区和固相区之间存在一薄厚不匀且不断变化的二相区。以二元透明有机熔体 (萘硫茚 )为例 ,针对实验单管降膜结晶器的实际降膜结晶过程动量、热量和质量传递过程进行了数值模拟 ,所得结果在未引入任何经验常数下 ,与实验结果符合较好
参考文献：
[1]. 降膜结晶技术及其数值模拟研究[D]. 张建文. 北京化工大学. 1998
[2]. 内外双降膜熔融结晶过程数值模拟[D]. 刘安. 天津大学. 2009
[3]. 自由降膜传热传质数值模拟技术应用进展[J]. 陈彦泽, 丁信伟, 周一卉. 化工科技. 2003
[4]. 高纯对甲酚精制熔融结晶过程的研究[D]. 许长春. 天津大学. 2010
[5]. 人造麝香DDHI分离技术的研究[D]. 叶青. 南京理工大学. 2007
[6]. 降膜结晶分离过程热、质及动量传递的数值模拟(Ⅱ)模拟计算[J]. 张建文, 张政. 化工学报. 2001
[7]. 熔融结晶法纯化对二甲苯研究[D]. 沈澍. 天津大学. 2017
[8]. 降膜结晶分离技术实验研究[J]. 张建文, 张政, 秦霁光. 化工冶金. 1999
[9]. 自由降膜传热传质数值模拟技术研究进展[J]. 陈彦泽, 丁信伟, 周一卉. 化学工业与工程技术. 2003
[10]. 降膜结晶分离过程的数值分析[J]. 张建文, 张政. 清华大学学报(自然科学版). 2000