撞击流


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撞击流




撞击流


撞击流(Impinging Streams, IS)最初的构思,就是通过两股气-固两相流高速相向流动撞击,在撞击瞬间达到极高的相间相对速度,从而极大地强化相间传递。作为概念,由苏联科学家Elperin在1961年首先提出,原初构想,是使两股等量气体充分加速固体颗粒后形成的气-固两相流同轴高速相向流动并在两加速管的中间即撞击面上互相撞击。两股高速两相流撞击的结果,形成了一个高度湍动、颗粒浓度最高的撞击区(impingement zone),为强化热、质传递提供了极好的条件。

气体连续相撞击流


撞击流的最初构思,是针对强化气固相间传递过程。

气体连续相撞击流(Gas-continuous Impinging Streams, GIS)的共同特点:以气体为连续相,连续相黏度低,与分散相密度差大,操作的撞击速度高。从而导致撞击区湍动强烈,相间相对速度很大,分散相颗粒/液滴可以在两股相向流体间做往复渗透振荡运动。

在两相密度相差很大的体系如气-固悬浮体中,颗粒因惯性可从一股流体渗入另一股反向流体,并在开始渗入反向流的瞬间,相间相对速度达到最大。渗入反向流后,颗粒又因反向气流的摩擦阻力而减速;达到零速度后又被该气流反向加速向撞击面运动,随后渗入原来的气流。如此减幅振荡往复运动若干次后,颗粒的轴向速度逐渐消失,最后被撞击后转为径向流动的气流带出撞击区。

气体连续相撞击流的应用


撞击流干燥

针对不同的被干燥物料,各国学者研发了多种撞击流干燥技术:1)撞击流喷雾干燥;2)颗粒物料撞击流干燥(分同轴水平撞击和同轴垂直撞击);3)组合作用撞击流干燥(分为气流-撞击流干燥、返料撞击流-气流-旋流干燥、撞击流研磨干燥间歇撞击流干燥);4)循环撞击流干燥。

撞击流吸收

气体连续相撞击流特别适合液相进行快速不可逆反应的气液相反应或化学吸收过程。

吸收装置:雾化器和吸收室。

烟气湿法脱硫

撞击流燃烧

撞击流研磨

液体连续相撞击流


在包括化学和石油化学工业在内的过程工业中,很多过程在液相或以液体为连续相的相态条件下进行;这些过程大多数还涉及化学反应。由于液体属于凝聚态体系,分子运动受到极大的限制。对于在分子尺度上进行的过程,微观混合状况变得非常重要。以发现其有效强化微观混合的优异特性为契机,20世纪90年代以来,撞击流领域的研究明显转向以液体连续相撞击流(Liquid-continuous Impinging Streams,LIS)为重点。

当以液体为连续相时,分散相通常可以是固体或液体;以气体为分散相显然不是明智的选择,实际意义不大。不论以固体或是液体为分散相,由于连续相黏度大且与分散相密度差异很小,相间摩擦力很大,分散相颗粒或液滴很快就达到与连续相相同或非常接近的速度并跟随流线运动,不论其初始速度如何。因此,在LIS装置正常操作中两相间不可能有很大的相对速度。其次,在撞击面处,由于摩擦力很大、连续相与分散相间密度差很小,分散相颗粒或液滴依靠惯性渗入反向流的倾向很微弱,往复渗透振荡运动难以发生。

液体连续相撞击流应用


在化学反应、结晶、制备超细粉体等方面有重大应用:

1、撞击流结晶器;

2、撞击流反应器;

3、撞击流细胞破碎;

4、撞击流乳化分散;

5、撞击流溶剂萃取;

6、其他方面。

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