反应循环

反应循环（精选十篇）

反应循环 篇1

本文中所使用的焦化原料主要有以下三种:①常减压车间减压塔馏出渣油, ②焦化加热炉辐射泵出料, 来自分馏塔塔底部, 相当于含有循环油及新鲜原料。③试验装置循环油 (简称循环油) :焦化试验重油接受瓶中的生成油用减压馏程测定仪切取相当于常压365℃的柴油馏分后剩余的重质减压瓦斯油, 馏程相当于车间焦化装置的焦化重质蜡油, 但由于裂解烯烃多及蒸馏等原因, 密度、残炭等指标略大于工厂焦化装置的蜡油。

2 反应温度、循环比对焦化反应的影响

2.1 焦化原料性质在产品分布中的影响

将常减压车间馏出的减压渣油、新鲜原料以及分馏塔底产生的循环油做为原料进行焦化产率试验。仿照实际生产的反应温度设定为500℃, 计算各产物收率。以新鲜原料量为基准, 对于大于365℃蜡油收率按比例扣掉循环油量、循环油量后计算从同种渣油、不同油样焦化反应数据看, 试验装置较工业实际生焦率偏低的原因有:在反应管内停留时间短, 缩合反应少;管式反应器吹气呈活塞流, 焦炭挥发分少。汽油产品增加偏少而气体收率增加偏多与吹气量大小、吹气时间长短有关, 轻油接收瓶中部分轻组分被携带进入气体产物中。由于循环油是已经过焦化反应的中间产物, 其再进行焦化反应的能力减弱, 反应产物以柴油馏出组分为主, 所以提高循环比时柴油收率增加较多。

2.2 不同反应温度焦化实际生产数据及分析

在实际生产的情况下, 在实际生产情况下, 加热炉两分支在南27t/h, 北27t/h, 所测反应温度和实验数据有所差距。进料时间为24h, 系统压力在0.08±0.01Mpa, 分馏塔顶≯105℃, 柴油抽出温度≯225℃, 分馏塔蒸发段温度≯385℃, 生产损失率按实际生产的0.2%, 循环比相同的条件下反应后以自产瓦斯、汽油、柴油、蜡油及焦炭的产率分布为基础。由于前面装置有段时间加热炉出口温度有所不同, 所以可以得到不同温度下的产品分布。按实际生产温度的485℃、489℃、491℃、493℃进行分析, 由于实际生产条件下没有办法继续升温, 所以493℃以上的生产温度无法得到。由于新鲜原料不同, 可能数据有些出入, 但是新鲜原料相对是稳定的, 随着反应温度的上升, 焦炭产率逐渐下降, 液收逐渐上升, 反应温度越高越有利于液收的提高, 焦炭产率的下降, 按照这样的实际生产温度温度越高对生产也越有利。其次还要考虑到实际生产情况下的加热炉的负荷、炉管材质等是不是能够满足。在现有的实际生产情况来看493℃时焦化的生产情况最为理想。

2.3 反应温度对焦化反应深度的影响

仅从原料一次通过焦化反应分析, 反应温度越高越有利于提高轻油收率和焦化反应, 还可使焦炭的挥发分降低。单一数据的可靠性不强, 需要进行多组不同对比试验。减压渣油具有临界分解温度小于485℃的特点, 以及试验反应温度过高, 焦化管内结焦过快及焦炭太硬难以清焦等因素, 根据实验数据目前控制焦化反应温度495℃还是较为合适的。随着反应温度的升高, 反应深度会增强, 在对比几组试验时, 重点分析不同反应温度时新鲜原料的焦化反应情况, 即便采用同种新鲜焦化原料, 反应速度和反应深度都受反应温度影响很大, 通过实际生产可以得知两者成正比关系气体、汽油、柴油、焦炭收率增加, 而蜡油收率大大降低。由于温度升高, 柴油增加较多, 焦炭中挥发分减少, 焦炭增幅没有气体和液体收率明显。

2.4 不同循环比焦化反应实际生产结果及分析

实际生产的循环比还是按照我国采用的循环比即:

以新鲜原料、反应温度493℃为基准, 实际生产情况下, 循环比不会像实验条件下得到0循环数据, 实际生产也达不到那么低的循环比。以实际生产情况的循环比0.27、0.3、0.4、0.5 (实际为0.271、0.318、0.423、0.458) 倍的循环油, 所得焦化生成产物分布, 可以看出在反应温度一定的情况下, 循环比0.3的时候液收较高, 焦炭产率较低, 但是也不是循环比越低越好, 随着循环比的增大蜡油的收率逐渐增大, 柴油和汽油的收率降低。

3 结语

反应循环 篇2

气升式内循环反应器内的气含率与液体循环

摘要：研究了气升式内循环反应器内的气含率与液体循环.反应器包含一个传统的导流筒和三段缩放型导流筒.通过实验分别对气-水、气-CMC(羧甲基纤维素)溶液两相系统和气-水-树脂颗粒三相系统进行了研究.用两相漂移通量模型对三相牛顿流体和两相非牛顿流体进行了评价.结果表明,三段缩放型导流筒内的气含率高于传统的.导流筒,且随表观气速而提高.在两相和三相系统中,导流筒结构参数的变化对气含率的影响很小.基于漂移通量模型的数学模型很好地描述了反应器内的液体循环.Abstract：Gas holdup and liquid circulation in an internal airlift loop reactor were investigated. The reactor consists of one conventional draft tube and three convergence-divergence draft tubes. Experiments were carried out in two-phase systems with air-water and air-CMC (carboxyl methyl cellulose) solutions and in three-phase system with air-water-resin particles, respectively. The two-phase drift-flux model was used to estimate gas holdup for three-phase Newtonian and two-phase non-Newtonian systems. It is shown that gas holdup in convergence-divergence draft tube is higher than that in conventional draft tube and increases with superficial gas velocity. The variation of structural parameters of draft tubes has little effect on gas holdup in the two-phase system and the three-phase system. The mathematical model, which is based on drift-flux model, can describe the liquid circulation in reactor satisfactorily.作 者：任源 韦朝海 吴超飞 谢波 肖宏亮 作者单位：华南理工大学,化工学院,广东,广州,510640期 刊：华南理工大学学报(自然科学版) ISTICEIPKU Journal：JOURNAL OF SOUTH CHINA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：,30(3)分类号：X505关键词：气升式内循环反应器 缩放型导流筒 气含率 液体循环 漂移通量模型 Keywords：internal airlift loop reactor convergence-divergence draft tube gas holdup liquid circulation drift-flux model

反应循环 篇3

关键词 艾司洛尔 乌拉地尔 全麻 拔管 循环系统

全麻患者术毕拔管时，常因吸痰或气管导管刺激而产生较剧烈的循环系统反应，患者尤其是高龄患者此时心脑血管意外发生率明显增加。本研究是为了观察并探讨如何应用药物来减轻这种应激反应，以便指导临床工作。

资料与方法

一般资料：40例25~68岁择期在全麻插管下行腹部手术的病人，ASAⅠ～Ⅱ级。术前，患者循环、呼吸、内分泌功能基本正常，随机分为两组，每组20例，A组为观察组，B组为对照组。

麻醉方法：术前30分钟安定10mg肌注,入室建立静脉通路后,盐酸戊乙奎醚1mg静注,常规输注乳酸林格氏液。麻醉诱导，咪唑安定0.05mg/kg，芬太尼4mg/kg，丙白酚1.5~2.0mg/kg，阿曲库胺0.6mg/kg静注，气管插管，接欧美达Aestiva7100麻醉机控制呼吸。术中维持以异氟醚吸入，丙泊酚泵入，间断注射阿曲库胺和芬太尼。术中液体以乳酸林格氏液为主，视情况输入6%羟乙基淀粉或输血。术毕，拔管前5分钟，A组患者静注艾司洛尔0.25mg/kg，乌拉地尔0.3mg/kg,B组患者静注生理盐水10ml。

监测指标：术中监测病人心电，收缩压、舒张压、平均动脉压、心率、血氧饱合度。记录病人拔管前5分钟，拔管时，拔管后5分钟、10分钟的血压、心率、计算收缩压-心率乘积（RPP），具体数值见统计表。

统计学处理：数据以X±S表示t检验统计学处理。

结 果

A组病人各时点指标比P＞0.05。B组病人拔管时，拔管后5分钟指标同拔管前5分钟相比P＜0.01

讨 论

全麻病人拔管时由于麻醉转浅以及气管导管，吸痰管的刺激，可引起病人体内儿茶酚胺分泌、释放增加，导致循环系统的波动，表现为心率增快，血压增高，心肌耗氧量增加，对患者尤其是高龄患者，是一个突出的安全隐患。有文章报道收缩压越高，收缩压与舒张压的变异性越大越容易发生心梗、心衰、严重心脑血管意外^[1]。

艾司洛尔是一种新型、超短效的选择性β-受体阻滞剂，它可以有效地缓解病人窦性心动过速，降低心肌耗氧。同时，它还能阻断α-受体，可预防血中儿茶酚胺浓度增加所致的心血管興奋性增高，血压增高，改善左心功能，降低循环阻力。艾司洛尔起效快，作用时间短，消除半衰期限仅9分钟。因此，它非常适合全麻拔管时的需要，又不致于影响病人术后的心功能。

乌拉地尔是肾上腺素能α受体阻滞剂，具有外周和中枢的双重降压机制。其外周作用主要为阻断突触后膜α-受体，使外周血管阻力下降，血管扩张，同时具有轻度的α阻断儿茶酚胺缩血管作用，所以不会使血压下降太多。中枢降压作用主要通过激活5-羟色胺受体，降低延髓心血管的交感反馈调节作用。控制高血压时，静注乌拉地尔2~5分钟后即可产生降压作用，同时外周血管阻力下降和肺动脉压，肺毛细血管楔压下降而心率和心排血量变化不大^[2]，同艾司洛尔伍用，不会导致心率下降过多。

病人收缩压-心率乘积（RPP）能间接反映心肌耗氧，是衡量心肌耗氧的一个较好的指标，正常应保持在12000以下^[3]。

艾司洛尔复合乌拉尔写应用可以相互弥补，最大限度发挥作用，在预防控制由于儿茶酚胺增加引起的循环波动效果良好。

结 论

艾司洛尔复合乌拉地尔应用可以有效预防全麻病人拔管的产生的循环波动，提高医疗安全性。

参考文献

1 桂庆军,秦建明.高血压病患者动态血压与左室肥厚的关系.中国现代医学杂志，2002，12(13):84

2 刘俊杰，赵俊,主编.现代麻醉学.第2版.北京：人民卫生出版社，1996,370

反应循环 篇4

1 资料来源

我院于2011年在消毒供应室清洁区的包装间安装了型号为KDSJ-BWD型的循环风空气消毒机, 在工作时间内开启运行, 工作人员在消毒机运行状态下工作, 于2011年—2013年收集在岗工作的10名工作人员在不同时间出现不同的不良反应。

2 症状反应

在岗护理工作人员在工作中出现头晕头痛、眼胀、恶心欲吐、咽喉肿痛、胸闷咳嗽等症状。拔掉电源插座, 使空气消毒机在工作人员工作时不再运行, 则无1例出现上述症状。

3 循环风空气消毒机的组成及工作原理

循环风紫外线空气消毒机消毒原理及组成:其是采用循环风紫外线消毒原理, 结合过滤静电吸附除尘器除菌和负离子清新空气, 实现对室内空气的可持续消毒, 消毒机主要由过滤器, 高强度紫外线灯管, 静电吸附装置, 负离子发生器, 风机控制系统, 红外线感应等装置及机壳组成。

4 循环风空气消毒机的主要作用

(1) 有消毒效果:对白色葡萄球菌的杀灭率≥99.9%, 对空气中自然菌的消灭率≥90%。 (2) 有过滤除菌的作用:以物理方法滤除空气中的尘埃和微生物, 协同紫外线进行空气消毒, 同时有效阻止尘埃对紫外线灯管辐射强度的影响, 消毒机的过滤器为可拆换的光触媒过滤器。 (3) 高强度紫外线消毒:采用紫外线消毒灯管并科学组合成一个辐照强度>10 000μW/cfu以上的高强度紫外线辐照区, 室内空气在风机的作用下循环通过紫外线辐照区而被消毒处理。 (4) 静电吸附除菌:采用静电截获并杀灭细菌, 协同高强度紫外线对室内空气进行循环消毒。 (5) 负氧离子净化空气:空气负氧离子被誉为“空气维生素”, 是人类维持生命与健康之需要。同时具有一定量的负氧离子, 将改善室内空气质量, 有利于人员身体健康。 (6) 安全可靠:循环风空气消毒机工作过程中无有害气体和物质产生, 机内高强度紫外线密闭于消毒机风道中, 泄漏量≤1μW/cm2, 空气中臭氧浓度≤0.16 mg/m3, 对人和设备均无害。因循环风空气净化器由几种消毒因素组合而成, 紫外线在其中起着非常重要的杀菌作用, 且还具有在各种动态场所进行空气消毒的显著特点, 动态环境下可保持空气在二类环境水平[1]。

5 排除造成上述不良反应的原因

(1) 空气清新效果差。 (2) 负氧离子发生器经过检查并未发现有故障发生。 (3) 过滤网、静电收集盒尘埃多, 经过清洁, 不良反应未有改善。 (4) 活性碳滤膜失效。 (5) 排除工作人员细菌病毒感染的原因。

6 讨论

经过实践证实, 我科室在工作人员相对集中的包装间里安放空气循环消毒机, 在有工作人员时使循环风空气消毒机暂停工作的情况下, 观察发现工作人员不存在不良反应的症状。由于臭氧泄漏量过多, 可造成脑神经的中毒症状如头晕头痛, 眼胀;人体吸收高浓度臭氧因其强氧化作用, 会对呼吸道形成烧灼, 造成呼吸系统充血和发炎[2], 可出现咽喉肿痛, 胸闷咳嗽引起支气管炎和肺气肿, 过多吸入臭氧刺激咽喉神经可造成恶心呕吐[3]。如果机器臭氧的泄漏量超标, 工作人员吸入可致临床上出现一系列症状。低浓度臭氧可以消毒, 但超标的臭氧则是一个无形杀手。

循环风空气消毒机虽然在安全可靠上未见有不良反应报到, 但在实际应用中出现的上述不良反应仍需同行不断进行认证和探讨。医疗设备使用的安全性和有效性要并重, 我们护理人员在使用这些医疗设备时不仅要熟悉仪器的性能, 了解医疗设备的基本原理, 为使循环风空气消毒机健康安全运行, 保障医务人员的身体健康, 保证医疗环境安全, 需要我们不断地积极探索和发现。

参考文献

[1]王玉玲.最新消毒技术精细化操作与消毒杀菌新标准及供应室规范化管理指南[M].北京:人民卫生出版社, 2012:1.

[2]王丽丽, 张齐放.臭氧消毒在医院消毒工作中的应用现状[J].解放军护理杂志, 2011, 28 (6A) :37.

反应循环 篇5

将已培养的适于苯酚废水处理的`优势菌种用好氧污泥固定化后投入挂有纤维球串体的CAS-BT反应器中,采用逐步提高苯酚废水配比的方法进行生物挂膜及污泥驯化试验研究.试验结果表明:挂膜很成功且驯化效果良好,启动成功.

作 者： 作者单位： 刊 名：辽宁化工 英文刊名：LIAONING CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)： 38(10) 分类号：X703 关键词：苯酚化废水   启动   活性污泥生物膜反应器   污泥驯化  

反应循环 篇6

聚丙烯装置聚合反应器循环轴流泵 (P-201轴流泵) 为英国DAVID BROWN公司设计制造, 输送介质为液体丙烯、聚丙烯粉料、催化剂等混合介质。该泵机械密封由主密封、辅助密封和安全密封3套机封组成 (图1) , 型式为集装式机械密封, 密封油为68#工业白油。

P-201轴流泵3套机封泄漏故障主要表现为3种情况, 密封油系统流程简图 (图2) 。主密封向介质侧泄漏, 表现为高压密封油罐Z201油位上升, 安全密封油罐Z207油位不变。辅助密封泄漏, 表现为高压密封油罐Z201油位上升, 同时安全密封油罐Z207油位上升。安全密封泄漏, 表现为高压密封油罐Z201油位不变、安全密封油罐Z207油位下降、且伴随有外漏发生。

2011年5月大修后开车P-201轴流泵运行正常, 密封油泄漏符合标准要求 (≤50 m L/h) 。但到12月操作人员巡检时发现P201轴流泵高压密封油罐Z201标尺快速上升, 同时安全密封油罐Z207满罐, 并从其上安全阀处排放, 判断为机械密封损坏, 经研究紧急停车, 对P-201轴流泵进行检修。

二、检查情况

(1) 3套机械密封动环均存在不同程度的密封面局部凸起现象 (泡疤现象, 图3) 。

(2) 辅助密封静环发蓝和摩擦 (图4) 。经分析, 判断为设备运转时动静环密封面发生摩擦, 产生高温, 导致发蓝。

(3) 解体前, 对P-201轴流泵辅助密封和保护密封轴套进行外观检查, 未发现轴向电机侧相对移动。

(4) 拆卸时, 对固定轴套轴向位置的顶丝进行检测, 未发现顶丝松动, 且轴上顶丝位置不存在划痕迹象, 未发现安装不到位或过压缩现象。

三、原因分析

1. 密封面泡疤的原因

聚丙烯装置P-201泵使用的密封油为68#工业白油, 工艺包设计中, 该油为英国DAVID BROWN指定用油, 主要作为装置工艺催化剂的载体, 同时为设备提供密封及润滑。泵配套使用的机械密封, 原为英国约翰克兰公司设计制造, 现已国产化, 由四川日机公司提供。据调查, 约翰克兰公司在其他石化企业聚丙烯装置相同设备上使用的机械密封也出现过此类现象, 并提出过更换密封油、降低黏度的建议。厂家设计机械密封时, 要求用油的最佳黏度为15~45 mm2/s, 而68#工业白油运动黏度较高, 密封面摩擦阻力大, 容易产生热量且流动性较差, 不能将热量及时带走。热量聚集会使渗入到密封环微孔隙内的油或轻烃类 (液体) 物质膨胀析出, 产生泡疤, 损坏密封面。

2. 密封面磨损原因

系统的操作参数, 如压力、温度等出现较大波动, 叶轮所受的轴向力增加, 轴位移增大, 破坏密封面油膜, 出现密封面摩擦现象。此外, 该密封油系统采取间歇式补给方式, 补油时阀门开启速度快, 容易造成补油系统压力上升, 密封端面受到较大冲击, 破坏油膜间隙的有效形成, 造成润滑效果下降。

四、解决措施

1. 规范日常操作确保参数稳定

(1) P-201泵启动操作。要保证环管充满液态介质, 温度达到45℃, 压力在3.3~3.4 MPa时, 方可启动P-201轴流泵。因为在该状态下开机, 可以使泵运行稳定, 避免动静环之间出现碰撞或磨损。

(2) 环管反应器操作。避免R201环管反应器的操作温度、压力、介质密度参数出现大幅度波动, 从而避免机泵叶轮前后压差出现波动。如波动较大, 静环弹簧补偿不及时, 机封动静环表面会出现瞬间碰磨, 损伤机封。

(3) 密封油罐补油操作。工艺操作人员要缓慢开启补油阀门进行补油操作, 避免密封油加注过快, 造成密封油系统内压力波动较大, 破坏密封面油膜间隙, 损伤机械密封。

2. 加强润滑油采样分析

对每批入厂的白油都要进行再次采样分析, 确认其运动黏度, 保证机泵的润滑环境, 因为高黏度的润滑油渗入密封环表面, 密封环过热后油膨胀从气孔挤出, 或高黏度介质由于密封环相对运作的剪切力导致泡疤现象。每月对密封油进行取样分析, 避免轻烃类物质串入密封油系统、渗到石墨静环内部。

3. 增大密封材料硬度

反应循环 篇7

一、构造原理

(一) 构造原理。

IC反应器高度可达16~25m, 高径比一般为4~8, 由混合区、颗粒污泥膨胀床区、精处理区、内循环系统和出水区5个基本部分组成。核心部分是内循环系统, 由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管等组成。经p H值、温度调节及预酸化处理后的废水, 首先进入反应器底部的混合区与厌氧颗粒污泥充分混合后, 进入颗粒污泥膨胀床区进行生化降解, 该处理区容积负荷很高, 大部分COD在此处被降解, 产生的沼气由一级三相分离器收集。IC反应器构造原理图

1.气液分离器2.集气管3.二级三相分离器4.沼气提升管5.一级三相分离器6.泥水下降管7.进水8.出水区9.精处理区10.颗粒污泥膨胀床区11.混合区

沼气气泡在形成过程中会对液体做膨胀功产生气提作用, 使得沼气、污泥和水的混合液沿沼气提升管上升至反应器顶部的气液分离器。沼气与泥水分离被导出处理系统, 泥水混合物沿着泥水下降管进入反应器底部的污泥膨胀床区, 形成内循环系统。经颗粒污泥膨胀床区处理后的污水一部分参与内循环, 另一部分进入精处理区进行剩余COD的降解, 提高并保证了出水水质。由于大部分COD已被降解, 所以精处理区的COD负荷较低, 产气量也小。产生的沼气由二级三相分离器收集, 通过集气管进入气液分离器被导出处理系统。泥水经二级三相分离器作用后, 上清液由出水区排走, 颗粒污泥返回精处理区。

二、设计工艺思想

厌氧反应器发展至今已有100多年的历史, 目前大部分研究基于高效厌氧反应器必须满足两个基本条件 (保持大量活性污泥和良好传质) 这一角度将厌氧反应器划分为三代, 把IC反应器作为第三代厌氧反应器的代表之一对其设计工艺和特点进行研究。笔者认为仅从这一角度理解IC反应器的设计工艺思想有所偏颇, 并从污泥龄及水力停留时间、水力流态、微生物体的聚合状态这三个角度来看IC反应器的设计工艺。

(一) 三个角度

1、污泥龄及水力停留时间。

污泥龄 (SRT) 即活性污泥的平均停留时间也叫固体停留时间, 是活性污泥总量与每日排放污泥量之比。水力停留时间 (HRT) 是一个流体单元在反应器体积、流量不变和密度恒定情况下的平均停留时间。从污泥龄及水力停留时间角度, 理论认为高效厌氧反应器必须采用高负荷的同时保持大量活性污泥。高负荷要求HRT足够小, 持留污泥要求SRT足够大, HRT足够小的情况下保证SRT足够大势必要求HRT与SRT相分离即HRT≠SRT, HRT与SRT无法分离即HRT=SRT恰是第一代反应器 (传统消化池, 厌氧接触工艺等) 的局限所在。

IC内循环厌氧反应器三相分离器截流污泥和颗粒污泥的存在, 采用高负荷的同时保持了大量的活性污泥和足够长的污泥龄, 满足了高效厌氧处理系统必须具备的第一个条件, 从而成功实现了固体停留时间和水力停留时间相分离。

2、水力流态。

流态理论认为:在垂直装填有固体颗粒的床层中, 流体自下而上通过颗粒床层, 随着流速从小到大变化, 床层将出现固定床阶段、流化床阶段、气 (液) 力输送阶段三种不同的状态。

流体通过床层的流速较低, 对颗粒的曳力较小, 颗粒之间紧密相接, 静止不动, 床层高度不变, 泥水接触不好, 传质较差。流体通过床层的阻力随流速的增加而增大, 当流速增加到一定值时, 流体对颗粒的曳力增加到与颗粒的净重力 (重力减去浮力) 相等, 或者说流体通过床层的阻力等于单位截面床层的重量时, 颗粒开始浮动, 但仍未脱离原来的位置, 此时流体在床层空隙中的流速等于颗粒的沉降速度。继续增大流速, 颗粒会互相离开, 床层的高度也会有所提高, 这时的状态称为起始流化状态或临界流化状态, 对应流速称为起始流化速度或最小流化速度。在临界流化状态时, 流速再继续增大, 则颗粒间的距离增大, 颗粒在床层中进行剧烈的随机运动, 这个阶段称为流化床阶段。在此阶段, 随着流体空床流速的增加, 床层高度增高, 床层的空隙率也增大, 颗粒间流体的流速不变床层的阻力等于单位截面床层的重量, 几乎保持不变。泥水充分接触, 传质良好。当流体流速增加到大于颗粒的沉降速度时, 颗粒被流体带出器外, 床层的上界面消失, 此时流速称为流化床带出速度, 流速高于带出速度后为流体输送阶段, 处于该阶段表明反应器设计失败。IC内循环厌氧反应器基于气体提升原理, 在无须外加动力情况下形成液体内循环, 使颗粒污泥处于膨胀流化状态, 泥水混合液充分接触, 满足了高效厌氧处理系统必须具备的第二个条件, 从而成功实现了良好的传质。内循环的存在, 使得反应器相应出现颗粒污泥膨胀床区、精处理区两级处理并赋予其新功能。IC反应器通过膨胀床区降解去除大部分COD, 精处理区降解剩余COD及一些难降解物质, 保证并提高出水水质。最关键的是污泥内循环使得精处理区上升流速 (2~10m/h) 远小于颗粒污泥膨胀床区 (10~20m/h) , 创造了颗粒污泥沉降的良好环境, 解决了高负荷下污泥被冲出处理系统的问题。同时精处理区的存在, 还为膨胀床区高进水负荷导致的过度膨胀提供缓冲空间。作为IC反应器核心的内循环技术, 保留了生物量, 改善了泥水接触, 使反应器相应出现颗粒污泥膨胀床区、精处理区两级处理并赋予其新功能, 最大极限地发挥了生化处理能力, 抓住了厌氧处理的关键, 从根本上提高了生化反应速率。

3、微生物体的聚合状态。

废水生物处理工艺中微生物体的聚合状态主要有三种类型:悬浮絮体型、附着型和颗粒型生物处理系统。悬浮絮体型生物处理系统是以微生物悬浮絮体为生物相的废水处理系统, 系统污泥结构松散, 沉降性能差, 反应器难持留高浓度污泥;附着型又称固定型生物处理系统是以微生物粘负在静态固体表面形成生物膜为生物相的废水处理系统, 相较于悬浮絮体型生物相, 附着型具较高的生物量, 不存在污泥沉淀问题, 生物反应潜力和抗冲击负荷能力相对提高。缺点是, 占据反应器相当体积的滤料和填料, 在生物膜快速生才时易堵塞造成反应器运行失败, 生物膜老化后脱膜过程复杂;颗粒型生物处理系统是以颗粒污泥为生物相的废水处理系统, 它是生物流态化技术与生物反应器的完美结合。颗粒型反应器中, 废水以一定流速通过污泥床层促使轻质载体处于完全流化状态, 因此形成大比表面积供微生物粘附生长从而形成颗粒型污泥。

研究表明颗粒污泥内部呈层状结构, 电镜观察显示颗粒污泥内部存在很多孔隙, 因此颗粒型生物相污泥比表面积非常大, 可达3000m2/m3。在一定基质浓度下, 传质速率的大小与污泥比表面积大小成正相关, 污泥实现流态化后更会强化泥水接触。IC内循环厌氧反应器微生体聚合状态为完全流态化的颗粒污泥, 这种兼具水力流态优势的污泥颗粒化型生物相完美的解决了传质问题;絮体浓度可达30Kg/m3是絮体污泥浓度3Kg/m3的10倍, 提高了反应器中的生物浓度;终端沉速50~90m/h相较于小于10 m/h的絮体污泥, 沉降性能大幅度提高;还可通过水力条件的调整, 利用合适的水流剪切力和颗粒碰撞作用去除老化生物膜。

(二) 核心内循环技术

1、内循环原理。

提升管与回流管看成是一个连通器, 如图二。当气体进入提升管后, 管内气、水混合液的比重小于回流管内水的比重, 比重小的液体的液位高, 在高度为h1的回流管内水柱的压力下, 提升管内的液面会上升至h2的高度, 存在如下等式:Dwh1=Dm (h1+h2) 。式中Dw水 (发酵液) 的容重 (kg·m-3) 、Dm提升管内气、水 (沼气与发酵液) 混合液的容重 (kg·m-3) 、h1提升管在水 (发酵液) 内的浸没深度 (m) 、h2水 (发酵液) 的提升高度 (m) 。当沼气进入提升管后, 管内发酵液的容重变小, 从理论上讲, 只要出现Dm (h1+h2) 小于Dw·h1这一条件, 混入沼气后的发酵液就能上升至h2的高度, 并从提升管的上端 (溢流口) 溢出。溢出的发酵液在气液分离器内分离出沼气后, 在高水位势能 (重力) 的作用下进入回流管, 从而形成内循环。只要沼气不断地进入提升管, 发酵液就能不停地循环。

内循环原理图二

(1) 气体出口; (2) 气液分离器; (3) 溢流口; (4) 滞留液位; (5) 发酵液液面; (6) 提升管; (7) 回流管; (8) 气咀; (9) 集气罩; (10) 沼气导向板。

2、水力学特性研究。

基于气体内循环原理的IC反应器可视为一种特殊的气体式反应器, 与气体式反应器动力源为外加动力提供的空气不同, IC动力源来自反应器自身产生的沼气。上升管中气体容纳量即气持率 (εgr) 可通过上升管中气体 (Ugr) 和液体 (Ulr) 表面上升流速间的经验关系式估算, 该经验式1976年由Hills对气升式反应器 (上升管直径0.15m, 高10.

5m) 的研究中得到:

Chisti等研究气升式反应器中的液体循环, 根据能量守恒得出上升管中的液体表面上升流速Ulr。

Pereboom结合IC反应器实际情况对Ulr进行修正建立IC厌氧反应器水力学模型如下:

式中:hD——气液扩散高度, m;εgr、εgd——上升管和回流管中气体容纳量;Ugr、Ulr——上升管中气体和液体表面上升流速, m/s;Ar、Ad——上升管和回流管的横截面积, m2;KB、KT——底部和顶部阻力损失系数;Δh1——上升管和回流管液位差, m;Δh2——系统回路存在的水封压力, m

三、结语

无论从反应器构型还是生物技术角度来看, 内循环IC厌氧反应器都是一项臻于完美的设计, 其内循环设计思想在污泥龄及水力停留时间、水力流态、微生物体的聚合状态等方面得到完美的体现。在我国第二代反应器还不能很好应用于实践, 第三代反应器研究几近空白的情况下, 应进一步研究开发, 推广应用内循环IC厌氧反应器。

参考文献

[1]卢刚, 郑平.废水生物处理中的污泥颗粒化.东北农业大学学报.2004;

反应循环 篇8

1 临床资料

1.1一般资料

72例患者均为笔者所在医院急诊内科2010年1月-2015年4月收治的诊断为以循环系统症状为主要表现的双硫仑样反应的患者, 其中男54例, 女18例, 平均年龄41岁。发病患者中呼吸系统感染44例, 消化系统感染18例, 泌尿系统感染10例。 其中既往患有慢性气管炎患者25例, 原发性高血压病10例, 冠状动脉粥样硬化性心脏病8例, 2型糖尿病6例。

1.2使用药物情况

头孢类药物50例, 其中头孢甲肟12例, 头孢哌酮舒巴坦10例, 头孢唑啉钠8例, 头孢噻肟6例, 给药方式为静脉滴注30例, 肌内注射6例;口服头孢氨苄8例, 头孢丙烯6例。 使用咪唑类药物16例, 其中甲硝唑8例 ( 静脉滴注5例, 口服3例) , 静脉滴注奥硝唑5例, 静脉滴注替硝唑3例。使用磺脲类药物6例。饮酒种类为白酒52例, 啤酒20例。使用头孢菌素与饮酒的时间关系:使用药物后饮酒导致双硫仑样反应58例, 其中使用药物当天饮酒44例, 使用药物2~7 d饮酒14例, 饮酒后使用头孢菌素或咪唑类等导致双硫仑样反应14例。

1.3临床表现

72例患者在饮酒或服药后约5~30 min有循环系统主要表现, 以胸闷、心悸、气促及呼吸困难为主, 其中低血压12例、胸痛8例。心电图表现为:窦性心动过速、房性期前收缩、室性期前收缩, 其中ST-T改变10例、心房颤动4例。同时患者有颜面潮红、皮肤发痒、头昏、头痛、恶心、呕吐等表现。

1.4诊疗情况

72例患者就诊后均给予留院观察, 就诊初期已知有使用头孢类或咪唑类等药物而明确诊断42例, 22例患者只告知患者有饮酒史而以酒精中毒处理, 另8例患者初诊考虑冠脉综合征、 急性心功能不全等其他疾病, 在处理过程中经排外其他疾病并详细询问病史及饮酒史后得以明确诊断双硫仑样反应, 最迟明确诊断的患者时间为就诊后4 h。就诊后所有患者均行心电图检查, 58例患者行心肌酶学检查, 排外心肌梗死。以气促及呼吸困难为首发患者行床旁X线胸片检查, 排除肺炎、气胸、肺不张等疾病。

所以患者入院后给吸氧、心电、血压和血氧饱和度监护。 就诊即明确诊断的42例患者, 均及时停止使用头孢菌素和咪唑类等药物, 并避免再接触含乙醇制品, 如氢化可的松等。同时给予地塞米松10 mg静脉注射抗过敏, 纳洛酮为主促醒, 用量为0.8~1.2 mg, 静脉注射后静脉滴注维持。初诊考虑急性心功能不全的患者, 使用去乙酰毛苷针0.4 mg静脉注射, 在诊断明确后未再使用。初诊考虑休克的患者, 予以积极补液的同时给予多巴胺微量泵入, 以维持血压在正常水平。初诊因胸闷、胸痛伴心电图ST段压低和T波倒置考虑冠脉综合征患者, 急查心肌标志物, 在排除急性心肌梗死后, 予硝酸甘油微量泵入。快速心房颤动患者予去乙酰毛花苷0.4 mg静脉注射, 控制心率。所有患者诊断明确后, 经治疗30 min~3 h缓解, 留院观察4~24 h后均出院, 无死亡病例。

2讨论

现代社会生活节奏快, 工作压力大, 饮酒成为了部分人减轻和释放压力的一个手段, 故而急诊工作中常常能接诊到有双硫仑样反应的患者。双硫仑又称为戒酒硫, 其化学名为二硫化四乙基秋兰姆, 是一种工业抗氧化的化学产品, 临床上用于防治酒精中毒患者戒酒后酒瘾的复发[1]。戒酒硫分子结构中含有硫甲基四氮唑基团, 它不可逆地抑制肝脏中的乙醛脱氢酶, 导致体内乙醛蓄积, 乙醛有使内源性儿茶酚胺释放刺激交感神经作用, 并使线粒体的呼吸功能、脂肪酸氧化能力损伤;同时戒酒硫抑制多巴胺羟基酶, 发生血管舒张及直立性低血压。以上一系列症状与体征, 称为双硫仑样反应。其临床表现主要有脸红、血管搏动感、头痒、恶心、呕吐、出汗、低血压和意识混乱等症状, 以上双硫仑样症状在患者饮酒数分钟内即可出现, 并可持续数小时[2]。

以头孢菌素类抗生素为代表的 β- 内酰胺类抗生素在其母核7- 氨基头孢烷酸 (7ACA) 环的3位上有甲硫四氮唑 ( 硫代甲基四唑) 取代基, 其与辅酶1竞争乙醛脱氢酶的活性中心, 可阻止乙醛继续氧化, 导致乙醛蓄积, 从而引起类似双硫仑样反应[3]。除了头孢类抗生素外, 本组中使用咪唑类、磺脲类患者均有类似双硫仑样反应, 表明这些药物均可引起双硫仑样反应。

本组病例中, 无论用药前或后饮酒都出现类似症状, 说明二者均可引起以循环系统症状为主要表现的双硫仑样反应。症状与多数临床报告相类似, 主要以胸闷、心悸、气促及呼吸困难为主, 心电图表现有心动过速、期前收缩等。部分患者有低血压、胸痛不适等表现, 并出现心肌缺血等表现。文献[4] 报告双硫仑样反应引起心肌梗死, 还有报告死亡[5], 需引起临床医师, 特别是急诊医师的高度关注。

双硫仑样反应的诊断:接诊患者时特别是有循环系统症状患者, 要详细询问患者病史、用药情况及患者用药前后饮酒情况等, 一般可以作出诊断, 但需注意排外其他疾病, 特别是对于既往有心脏病史和多重心血管危险因素的患者, 在出现循环系统表现为主的双硫仑样反应的患者除常规行心电图、床旁X线胸片外, 应着重行心肌标志物检查, 并注意追踪心电图变化, 以确定是否合并急性心肌梗死等。

双硫仑样反应的治疗:目前尚无统一规范性治疗标准, 确定诊断后, 对于患者神志清醒的, 可通过催吐、洗胃等促进酒精的排出, 以减少通过消化道的吸收。但临床工作中症状较重双硫仑样反应的患者, 因其症状较为明显, 加上酒精的作用, 往往患者不予配合, 洗胃可能难以进行。这时进行补液、纳洛酮促醒、地塞米松抗过敏为主的治疗症状均能得到控制。资料显示对病情较重的患者给予地塞米松10 mg静脉注射和异丙嗪25 mg肌内注射疗效较佳, 可能与其抗过敏和抗炎作用有关[6]。 有关报道用心得安联合纳洛酮治疗双硫仑样反应, 利用心得安的 β 受体作用降低交感神经兴奋度, 起到治疗作用[7]。对于有低血压及心肌缺血等患者, 如多巴胺升压、硝酸甘油改善心肌供血等对症处理是维持患者血液动力学的必要措施。双硫仑样反应患者经以上综合治疗病情大多能得到控制, 在积极治疗的同时, 应加强患者生命体征的监护, 防止误吸或呼吸、心脏抑制等意外的发生。

参考文献

[1]朱子扬, 龚兆庆, 汪国良.中毒急救手册[M].第2版.上海:上海科学技术出版社, 2007:299.

[2]杨藻宸.医用药理学[M].第4版.北京:人民卫生出版社, 2005:102-103.

[3]高志成, 陈丽华.双硫仑样反应的发生于防治[J].中国药事, 2002, 16 (12) :772.

[4]黄庭汉, 曾恋.静滴头孢菌素后饮酒致急性心肌梗死2例[J].中华现代内科学杂志, 2008, 5 (2) :147-148.

[5]吴美丽, 吴泉英.1500例药物致双硫仑样反应的统计与分析[J].海峡药学, 2009, 21 (2) :27-28.

[6]顾娅菲.地塞米松与异丙嗪治疗药源性双硫仑反应30例[J].中国医学创新, 2009, 6 (15) :26.

反应循环 篇9

颗粒污泥是微生物凝聚的结果,污泥颗粒化不仅能大大增加污泥的沉降性能,而且能改善污泥的生理条件,提高产甲烷活性,是厌氧反应器高效运行的核心。EIC反应器运行的效能很大程度上取决于是否培养出沉降性能良好和产甲烷活性高的厌氧颗粒污泥。为了进一步揭示EIC反应器运行特性,以处理高浓度酒精废水为例,以城市污水厂消化污泥启动EIC反应器,探讨颗粒污泥的特性。

1 EIC反应器的工作原理

EIC厌氧反应器由反应罐、气液分离器、旋流布水器、回流管等组成。两层三相分离器将反应器分为上、下两个反应室,废水进入反应器的下部与颗粒污泥进行充分的混合传质,大部分的有机物在下反应室被分解,产生沼气。利用沼气产生的提升作用,由提升管把沼气和部分混合液提升到反应器顶部的气液分离器进行气水分离,混合液通过回流管返回下反应室,与进水混合进行旋流搅拌,形成内循环。下反应室的出水进入上反应室进一步处理,产生的沼气被上三相分离器收集,由提升管升至反应器顶部的气液分离器,沼气被收集,而混合液则通过回流管返回到反应器底部布水器[3]。

2 试验装置与方法

2.1 试验装置

试验装置为有机玻璃材质,有效容积为4.2L,高度600 mm,内径100mm。反应器内分为上下两个室,在下反应室的底部每隔100mm设置一个取泥口,依次记为1#,2#,3#,在上反应室设置一个取泥口,记为4#,共4个取泥口。进水箱内设有搅拌器、加热棒和温度控制装置,水温控制在35±1℃。实验工艺流程见图1。

2.2 试验水质

试验用水取自河南某玉米酒精厂的综合废水,废水主要来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精糟液,生产设备的洗涤水、冲洗水,以及蒸煮、糖化、发酵、蒸馏工艺的冷却水等,属于高浓度有机工业废水[4]。废水经预曝气调节、气浮工艺后出水COD为5200~5500mg/L,BOD为2500~2800mg/L,TN为50~60mg/L,pH为5~6。由此可见,试验废水有机物浓度高,BOD/COD≈0.5,可生化性好。

2.3 试验方法

进水中投加碳酸氢钠调节pH至7.0左右,EIC反应器的接种污泥取自城市污水厂消化污泥,在中温(35±1)℃条件下稳定运行,分析EIC反应器内颗粒污泥形态、浓度、污泥的沉速、产甲烷活性的情况。

2.4 分析项目和方法

COD:重铬酸钾滴定法;TN:气相分子吸收光谱法[5];颗粒污泥粒径的分布:湿式筛分法[6];颗粒污泥的沉速:清水自由沉降法;污泥产甲烷活性:血清瓶培养法[7];悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS):标准质量法。

3 实验结果与讨论

3.1 反应器运行状况

本实验,EIC反应器共运行120d。其中,启动运行期24 d,负荷提高期80 d,稳定运行期16 d。在启动运行期,用城市污水厂的消化污泥作为接种污泥,由于微生物相中缺少适合酒精废水的微生物种群,因此此阶段采取低浓度、低流量方式对污泥进行培养、驯化。污泥的投配率在7.5%左右,投加量为EIC反应器容积的1/3。启动EIC反应器的COD为1500~2000 mg/L,水力停留时间为10h。当污泥逐渐由松散状态变为沉降性能较好的絮体时,逐渐提高进水有机负荷。负荷提高期进水COD为2000~5000 mg/L,水力停留时间为5h。稳定运行期的进水COD为5000~5500 mg/L,水力停留时间为5.5h,有机负荷最高可达24kgCOD(m3·d),出水COD保持在1000 mg/L以下,COD去除率稳定在85%以上。

3.2 污泥颗粒化过程

接种城市消化污泥的EIC反应器在运行24d时底部出现少量颗粒污泥,主要以絮状污泥为主,运行42d底部有大量颗粒污泥出现,上部也出现一些颗粒污泥。60d反应器内产生大量颗粒污泥,颜色以灰黑色为主,表面光滑,形状较规则,呈球状或椭圆状,有少量杆状。稳定运行期,颗粒污泥边界更加清晰,结构密实。

3.3 厌氧颗粒污泥性质分析

3.3.1 厌氧颗粒污泥粒径分布

稳定运行期,厌氧颗粒在不同高度取泥口的粒径分布如图2所示。

从图2可以看出,EIC反应器下反应室厌氧颗粒污泥的粒径明显大于上反应室。下反应室的厌氧颗粒污泥粒径集中在1.50mm~2.50mm之间,上反应室的厌氧颗粒污泥粒径集中在<0.50mm和0.5~1.00mm之间。

在EIC反应器下反应室的不同高度,厌氧颗粒污泥的粒径分布也存在着明显的差异。由图2可知,稳定运行时下反应室底部厌氧颗粒污泥的粒径明显大于上部厌氧颗粒污泥的粒径,底部厌氧颗粒污泥粒径集中在2.00~2.50 mm之间,上部厌氧颗粒污泥粒径则集中在1.00~2.00 mm之间。

水流的上升速度和沼气的上升速度是厌氧反应器形成厌氧颗粒污泥的必要条件[8]。EIC反应器下反应室具有较大升流速度、高的有机负荷和内循环,而上反应室不存在内循环,液体表面流速相对较低,低的液体和气体表面流速使上反应室中厌氧颗粒污泥床的搅拌作用和水力筛选作用较差,有利于细小颗粒的滞留,造成了EIC反应器下反应室厌氧颗粒污泥的粒径明显大于上反应室。

3.3.2 厌氧颗粒污泥沉速

沉降性能良好的厌氧颗粒污泥是决定厌氧反应器高效、稳定运行的重要因素。本实验在EIC反应器稳定运行期,利用分离筛分离不同粒径的颗粒污泥,然后测定其在清水中的沉降速度,结果如图3所示。

由图3可以看出,厌氧颗粒污泥的沉降速度与颗粒粒径成正比,粒径越大,沉降速度越大。粒径在>2.50 mm的厌氧颗粒污泥的沉降速度将近140 m/h,即使是粒径为<0.50 mm的厌氧颗粒污泥,沉降速度也能达到20 m/h,高于厌氧反应器内废水的最大上流速度2~10 m/h[9],所以厌氧颗粒污泥可有效地保留在反应器内,大大延长了厌氧颗粒污泥的停留时间,缩短水力停留时间,使得泥水充分接触传质,提高了反应器的效能。

3.3.3 厌氧颗粒污泥的产甲烷活性

稳定运行期, VSS/SS由启动时的0.60提高到了0.85,下反应室和上反应室污泥的最大比产甲烷速率分别为328mL/g VSS·d和206 mL/g VSS·d。说明EIC反应器稳定运行期颗粒污泥具有很强的产甲烷活性,由于反应器的内循环和旋流搅拌促进了基质和厌氧颗粒污泥的接触,提高了传质效果,促进了产甲烷细菌的繁殖和增长[10]。此外,EIC反应器上、下反应室厌氧颗粒污泥的产甲烷活性不同,下反应室的厌氧颗粒污泥产甲烷活性大。

4 结 论

(1)EIC反应器的内循环和独特的旋流搅拌强化了污泥与废水的接触和传质过程,大大提高了有机物的消化速率和有机负荷,能形成高品质的颗粒污泥,而上反应室始终能维持较低的水力负荷,污泥受到的搅动作用很小,有利于颗粒污泥的滞留和保持较高浓度,上反应室和下反应室的颗粒污泥在粒径、沉速和产甲烷活性上也有一定的差别。

(2)EIC反应器用城市消化污泥接种后处理酒精废水,采取低浓度、低流量方式对污泥进行培养、驯化,反应器启动良好,形成了大量活性较好的颗粒污泥。稳定运行期,出水COD在1000mg/L以下,COD去除率在85%以上。

摘要：厌氧颗粒污泥是厌氧反应器高效、稳定运行的核心。在实验条件下,以旋流内循环厌氧反应器处理酒精废水为例,对厌氧颗粒污泥的形态、粒径、沉速以及产甲烷活性做进一步的研究。反应器运行120d后测各项指标,下反应室的厌氧颗粒污泥粒径集中在1.50mm～2.50mm之间,最大比产甲烷速率为328 mL/gVSS.d;上反应室的厌氧颗粒污泥粒径集中在0.5mm～1.00mm之间,最大比产甲烷速率为206 mL/gVSS.d。颗粒污泥的沉降速度最大近140 m/h,VSS/SS由启动时的0.60提高到了0.85。试验表明,旋流传质的水力条件较好,有利于形成沉降性能好和产甲烷活性高的颗粒污泥。

关键词：EIC反应器,厌氧颗粒污泥,粒径,沉降速度,活性

参考文献

[1]骆俊.我国发展生物质发电技术的前景分析[J].江苏电机工程,2006(9):67-69.

[2]徐士洪,洪成梅.酒精废水EIC处理技术及综合利用[J].污染防治技术,2007,20(3):54-55.

[3]魏国,杨敏.EIC厌氧——曝气生物滤池处理工艺在柠檬酸工业有机废水处理中的应用[J].中国水运,2008,8(9):248-249.

[4]宋宏杰.内循环厌氧生物反应器处理酒精工业废水的生产性启动研究[D].郑州:郑州大学,2004:1.

[5]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].3版.北京:中国环境科学出版社,1989.

[6]石宪奎,王凯军,倪文.颗粒污泥粒径的工程测定方法[J].环境污染与防治,2006,28(2):140-142.

[7]贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京:中国轻工业出版社,1998.

[8]LETTINGA G,HULSHOFF-POL L W.UASB-process design for va-rious type of wastewater[J].Water Sci.Technol.,1991,24:87-107.

[9]刘永红,贺延龄,李耀中,等.UASB反应器中颗粒污泥的沉降性能与终端沉降速度[J].环境科学学报,2005,25(2):176-179.

反应循环 篇10

关键词：储液槽,温度场,ANSYS

0 引 言

化工生产在我国的国民经济建设中占有非常重要的地位[1],反应釜是化工领域不可或缺的设备之一,被广泛应用于有机合成、电化学、光化学、分析化学、无机化学、高分子材料、环境保护等领域。对于难反应物质,需要开发设计新型的反应釜。随着超声化学的发展和应用,超声波反应釜越来越受到广大研究人员的重视[2]。

超声波反应釜一般是在原反应釜基础之上进行改造,将超声与反应釜相结合。然而这种反应釜对某些反应效果不好,因此研究者在此基础上提出了循环式多级超声波反应釜的概念,并设计制造了这种装置。

1 储液槽

循环式多级超声波反应釜的三级反应器与储液槽是分离的,如图1所示。

储液槽并不是物质反应的场所,它只提供反应所需要的压力和温度,储液槽的设计需要满足一定的温度和抗压能力,因此对储液槽内部温度场和抗压能力作有限元分析是必不可少的,这是保证设备运行安全的基础性工作。

装置中的储液槽部分如图2所示。

2 储液槽温度场有限元分析

根据不同反应物质的反应条件,储液槽内的温度都需要控制在一定范围内,循环式多级超声波反应釜储液槽中的温度是由安装在底部的电加热器提供,通过温度传感器与温度控制仪连接,可以对反应釜储液槽中的温度进行自动调节。

对储液槽内壁进行温度场的分析可以得知槽内的最高温度及其最高温度点所在位置;通过对槽壁进行受力分析可以确定壁厚是否符合要求,可为储液槽的设计和检验提供科学依据[3]。

2.1 储液槽温度场泛函

为进行循环式多级超声波反应釜储液槽温度场的有限元分析,首先必须要对被分析体进行离散化处理[4]。首先,将被解区域分成三角形单元,三角形3个结点分别为i、j、m,对应温度分别为Ti、Tj、Tm,只对3个结点的温度进行计算,然后进行整体求解。

三角形单元如图3所示。

设在单元e中任意点的温度T是坐标x、r的线性函数(其中:α1、α2、α3是待定系数):

T=α1+α2x+α3r (1)

代入单元e各结点的坐标及温度Te,则任意点的温度为[5]:

T=NTe (2)

式(2)中:N=[NiNjNm]。

且:

undefined

其中:

undefined

undefined

r=(1-g)rj+grm (6)

2.2 边值条件

求解温度场必须知道热传导方程,对于各项同性材料,其热传导方程为[6]:

undefinedᐁ2ϕ-ρQ=0 (7)

式中:ρ—材料密度;c—比热容;Q—热源密度;ᐁ2—微分算子,ᐁ2=∂2/∂x2+∂2/∂y2+∂2/∂z2。

求解热传导方程必须已知物体在初始的温度分布(初始条件),同时还必须知道物体表面与周围介质之间进行热交换的规律(边界条件),以上两个条件合称为边值条件[7]。

对于储液槽,初始条件的表示形式为:

(ϕ)t=0=ϕ(x,y,z) (8)

边界条件的表示形式如下:

undefined(在Γ1边界上) (9)

2.3 温度场分析

利用有限元分析软件ANSYS对储液槽进行温度场分析[8,9,10],储液槽的半径为300 mm,长度为400 mm,壁厚2 mm。

储液槽的简易三维模型如图4所示。

因为储液槽是轴对称图形,为了简化计算,取其1/8进行分析。

储液槽材料为不锈钢,其性能参数如表1所示。

根据表1中的参数和设计要求,本研究利用ANSYS分析了储液槽轴向温度分布情况,如图5所示。

根据分析结果可知,储液槽沿轴向方向(由底部向上)温度逐渐降低,靠近底部加热器处材料膨胀最大。

3 储液槽应力分析

3.1 应力分析基础

对储液槽进行应力分析确定槽壁是否能承受规定的压强。设其单元边界内的材料可以承受初始应变ε0,则应力由真实应变与初应变之差引起,对于不锈钢来说,其应力与应变之间是线性关系[11]:

σ=D(ε-ε0) (10)

对于平面应力情况,σ可由下式得到:

undefined

根据弹性力学理论,弹性矩阵D可由下式得到:

由上式可得:

undefined

3.2 应力分析

根据表1中材料的参数,本研究对储液槽1/8模型进行受力分析。槽内设计压强为1 MPa,转化到储液槽内表面压力为F=3 768 N,取其1/8,为F1/8=471 N。

储液槽1/8模型网格划分图如图6所示。合位移等值线图如图7所示。

由图7 可以看出,储液槽沿轴向方向受力基本没有变化;而沿着槽壁方向,力的大小呈梯度变化。

4 结束语

本研究讨论了循环式多级超声波反应釜储液槽的结构,并从理论上分别对储液槽内温度场的分布以及储液槽壁应力分布进行了详细的分析,利用有限元分析软件对温度场和应力作了分析,结果都符合设计要求。

通过软件分析,可以清楚地知道储液槽温度最高点和受力最大处,这些地方相对于其他部位容易损坏一些,但本研究中的理论压强较小,故设计的储液槽具有较高安全性。

参考文献

[1]周晓燕.反应釜智能控制器研究与开发[D].南京:南京理工大学机械工程学院,2005.

[2]张涛,常琳,吴霄,等.超声声化学的发展与应用[J].技术与创新管理,2008,29(5):523-525.

[3]王爱玲,祝锡晶,吴秀玲.功率超声振动加工技术[M].北京:国防工业出版社,2007.

[4]周昌玉,贺小华.有限元分析的基本方法及工程应用[M].北京:化学工业出版社,2006.

[5]朱伯芳.有限单元法原理与应用[M].3版.北京:中国水利水电出版社,2009.

[6]张洪信,赵清海.ANSYS有限元分析完全自学手册[M].北京:机械工业出版社,2008.

[7]曾攀.有限元分析及应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[8]李瑞.基于ANSYS的金刚石合成腔内的温度场分析[J].吉林大学学报:工学版,2008,38(3):535-538.

[9]陈碧莹,肖曙江.木工机械用高速电主轴散热结构设计与温度场分析[J].机电工程技术,2010,39(5):28-30,99.

[10]王伟,刘启跃,王文健.基于ANSYS的轻轨摩擦热效应分析[J].机械,2010,37(1):12-14.