CN110542490A - 一种非等温微撞击流反应器测试方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非等温微撞击流反应器测试方法与装置，属于化工应用领域。该装置包括撞击流反应器、可移动喷枪、喷嘴、抗氧化防腐蚀环形软塞、法兰、抗氧化防腐蚀软垫、抗氧化防腐蚀塞、玻璃转子流量计、蠕动泵、可变温加热槽、加热器、平面连续激光器、滤波片、高速摄像机、计算机、筛网；该装置可实现非等温液‑液对置撞击传热、传质特性的实时测量分析，可为优化微撞击流反应器的结构参数，以及为微撞击流反应器在工业中的应用提供参考依据，显著提高化工生产的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种非等温微撞击流反应器测试方法与装置，属于化工应用领域。
背景技术
撞击流是较早提出的一种加快相间的传热和传质的理论，在当前社会已经日趋成熟，但仍然存在多种不足，多数是以撞击效率低，设备精度低，结构复杂耗费过高等方面的问题存在于各种反应器中。在以往的撞击流反应器当中，撞击流反应器在化学化工生产中的应用范围特别广，主要用于化学生产，进行传质和传热，并强化相间反应的目的。
现有的撞击流反应器，一种通过由变频电机与滑道通过齿轮相连接，由控制台进行控制调节以改变喷嘴间距，从而达到液体撞击后传质效果；另一种在喷管内设置叶轮来增强液体的传输，叶轮在一定程度上阻碍了液体的流动速率，影响撞击后的传热传质效率。
公开号为CN109225115A的发明专利“一种可调喷嘴间距的撞击流反应器”，该发明专利是腔室侧壁装有螺纹滑道以及小型变频电机，通过使用电机加速滑道实现喷嘴间距的改变，不足之处是操作复杂，耗费成本过高。
公开号为CN109225116A的发明专利“一种筛孔喷嘴压差式撞击流反应器”，该发明专利通过在喷管内设置电机驱动的叶轮，通过叶轮的转动增加液体出口流速，但叶轮对管内液体产生阻碍，电机的使用又增加了能耗。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种、低成本、使用范围广泛、操作简单的一种非等温微撞击流反应器测试方法，具体步骤如下：
（1）将荧光剂配成所需检测浓度的水溶液，然后分成两等份分别置于两个可变温加热槽10中；调节可移动喷枪2之间的间距至所需间距，选用所需的喷嘴3，打开蠕动泵9，通过玻璃转子流量计8调节所需流量。
（2）打开平面连续激光器12和加载滤波片13的高速摄像机14，待高速摄像机14开启后，打开蠕动泵9，将非等温的液体由可移动喷枪2喷出在撞击流反应器1中进行传热传质；所述平面连续激光器12发出的平面激光光束平行于喷枪2对置面，且经过两喷枪对置中心。
（3）高速摄像机14对撞击面的荧光强度进行测试成像。
（4）对步骤（1）中的配置的荧光剂溶液进行温度与荧光强度的标定实验，得出荧光强度与温度的关系式。
（5）将撞击面以喷嘴直径的不同整数倍距离进行等距圆环划分，并对划分后的区域内像素点的温度值采用局部区域Z的平均温度T(Z)计算，计算公式如下：
其中，T(x,y)为区域Z内选取的像素点温度值；N(Z)为选取的像素点的个数。
（6）将步骤（3）中的图片采用Matlab软件进行图像与数字的转化，得出撞击面中像素点得荧光强度值，并按照步骤（5）中的取点方式得出取得点对应的温度值。
优选的，本发明所述可变温加热槽10中的溶液为去离子水、纯水或者甘油的荧光剂溶液。
优选的，本发明所述开平面连续激光器12发出的激光波长为467nm，荧光示踪剂的最大吸收波长493.5nm（荧光素钠）和514nm（曙红Y（醇溶）），滤波片的透波范围要包含荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长；平面连续激光器12发出的激光波长与荧光示踪剂的吸收波长匹配，激光有效激发荧光示踪剂产生荧光。
本发明的另一目的在于提供一种非等温微撞击流反应器测试，包括撞击流反应器1、可移动喷枪2、喷嘴3、抗氧化防腐蚀环形软塞4、抗氧化防腐蚀塞7、玻璃转子流量计8、蠕动泵9、可变温加热槽10、加热器11、平面连续激光器12、滤波片13、高速摄像机14、计算机15、筛网16，两个可移动喷枪2的喷嘴3相对放置，对称固定在撞击流反应器1的两侧；在与撞击流反应器1接触的地方可移动喷枪2外面套有抗氧化防腐蚀环形软塞4，可移动喷枪2喷枪管体一端通过玻璃转子流量计8、蠕动泵9与可变温加热槽10连通，可变温加热槽10底部设有加热器11；计算机15与高速摄像机14连接，高速摄像机14的镜头处设有滤波片13；平面连续激光器12位于撞击流反应器1的正下方。
优选的，本发明所述可移动喷枪2为双层隔热套管，管体上附有刻度线。
优选的，本发明所述可移动喷枪2的喷嘴3和喷枪管体通过螺纹连接，根据实验所需的出口直径更换喷嘴3。
优选的，本发明所述喷嘴3选用内螺纹，喷枪管体选用外螺纹，喷嘴3形状呈缩放形，且喷嘴3出口处设有筛网16。
优选的，撞击流反应器1采用双层保温有机玻璃套管，撞击流反应器1的壳体上部用法兰5连接，连接处设有抗氧化防腐蚀软垫6，方便清洗。
优选的，本发明所述撞击流反应器1下出口设有抗氧化防腐蚀塞7，可应用于自由空间和浸没状态下的撞击，若不安装抗氧化防腐蚀塞7用于进行自由空间的撞击。
本发明的原理：相同浓度荧光剂溶液置于可变温加热槽10中，并分别给可变温加热槽10设置两个温度值；调节玻璃转子流量计8至实验所需的流量值；可变温加热槽10中的荧光剂溶液通过相应管路系统和调节系统（玻璃转子流量计8）由蠕动泵9经可移动喷枪2进行对置撞击；荧光剂溶液在平面连续激光器12的照射下产生荧光现象，安装有滤波片13的高速摄像机14在计算机15的控制下对荧光剂在温度的影响下发生的变化过程进行成像。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）该测试方法可以对非等温液-液对置撞击面温度分布均匀性进行研究。
（2）该测试方法技术成本低，需要的设备少，操作过程简单。
（3）该测试方法可以观测多种液体在不同温度下的传热传质效率。
（4）该测试方法中喷枪的适用范围较广，可以通过改变喷嘴进行中心撞击和偏心撞击。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为喷枪的结构示意图。
图3为喷嘴的结构示意图。
图4为可拆卸法兰示意图。
图5为抗氧化防腐蚀软垫示意图。
图6为撞击区域数据点选取示意图
图7为撞击区域实验图。
图8荧光剂荧光强度与温度的关。
图9实施例1撞击面伪彩图。
图10轴向与径向撞击面温度分布图。
图中：1-撞击流反应器；2-可移动喷枪；3-喷嘴、4-抗氧化防腐蚀环形软塞、5-法兰、6-抗氧化防腐蚀软垫、7-抗氧化防腐蚀塞、8-玻璃转子流量计、9-蠕动泵、10-可变温加热槽、11-加热器、12-平面连续激光器、13-滤波片、14-高速摄像机、15-计算机、16-筛网、17-螺纹。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明实施例所述方法所用装置，如图1所示，包括撞击流反应器1、可移动喷枪2、喷嘴3、抗氧化防腐蚀环形软塞4、玻璃转子流量计8、蠕动泵9、可变温加热槽10、加热器11、平面连续激光器12、滤波片13、高速摄像机14、计算机15、筛网16，两个可移动喷枪2的喷嘴3相对放置，对称固定在撞击流反应器1的两侧；在与撞击流反应器1接触的地方可移动喷枪2外面套有抗氧化防腐蚀环形软塞4，可移动喷枪2喷枪管体一端通过玻璃转子流量计8、蠕动泵9与可变温加热槽10连通，可变温加热槽10底部设有加热器11；计算机15与高速摄像机14连接，高速摄像机14的镜头处设有滤波片13；平面连续激光器12位于撞击流反应器1的正下方。所述可移动喷枪2为双层隔热套管，管体上附有刻度线。所述可移动喷枪2的喷嘴3和喷枪管体通过螺纹连接，根据实验所需的出口直径更换喷嘴3。所述喷嘴3选用内螺纹，喷枪管体选用外螺纹，喷嘴3形状呈缩放形，且喷嘴3出口处设有筛网16；所述撞击流反应器1采用双层保温有机玻璃套管，撞击流反应器1的壳体上部用法兰5连接，连接处设有抗氧化防腐蚀软垫6；所述撞击流反应器1下出口设有抗氧化防腐蚀塞7，可应用于自由空间和浸没状态下。
实施例1
一种非等温微撞击流反应器测试方法，具体步骤如下：
（1）将2.0g荧光剂（荧光素钠，最大吸收波长：493.5nm，发射波长：515nm）加入200g纯水中混合均匀，然后分成两等份分别置于两个可变温加热槽10中，分别调节可变温加热槽温度值，（两可变温加热槽温度分别设置成310K和350K）；调节可移动喷枪2之间的间距至所需间距（喷枪对置间距为24mm），选用所需的喷嘴3，喷嘴直径为8mm，打开蠕动泵9，通过玻璃转子流量计8调节所需流量（转子流量计流量设置为1100L·h-1）。
（2）打开平面连续激光器12和加载滤波片13（515窄带滤波片）的高速摄像机14，待高速摄像机14开启后，设置的激光波长在荧光剂的吸收波长范围内，滤波片13透波范围包括荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长（透波范围为505～525nm，半带宽40nm）；打开蠕动泵9，将非等温的液体由可移动喷枪2喷出在撞击流反应器1中进行传热传质；所述平面连续激光器12发出的平面激光光束平行于喷枪2对置面，且经过两喷枪对置中心。
（3）高速摄像机14对撞击面的荧光强度进行测试成像：高速摄像机14镜头处设有滤波片13（只让荧光进入镜头内进行成像），将高速摄像机14采集到的撞击面中荧光剂分布图输送到计算机15。
（4）对步骤（1）中的配置的荧光剂溶液进行温度与荧光强度的标定实验，得出荧光强度与温度的关系式，如图8所示。
（5）将撞击面以喷嘴直径的不同整数倍距离进行等距圆环划分，并对划分后的区域内像素点的温度值采用局部区域Z的平均温度T(Z)计算，计算公式如下：
其中，T(x,y)为区域Z内选取的像素点温度值；N(Z)为选取的像素点的个数。
（6）将步骤（3）中的图片采用Matlab软件进行图像与数字的转化，得出撞击面中像素点得荧光强度值，采用Matlab软件处理过的图片如图9所示，荧光强度与温度的关系如图8所示。并按照步骤（5）中的取点方式，对实验图（如图7）进行取点并根据荧光强度与温度的对应关系进行计算，得出取得点对应的温度值的分布图，如图10所示。由图10可以看出，撞击面轴向的温度分布较为平稳，温度的分布均匀较好；撞击面径向的温度分布区间较大，温度的分布均匀性较差。
实施例2
本实施例方法和步骤与实施例1相同，不同在于：
（1）将2.0g荧光剂（曙红Y，最大吸收波长：524nm，发射波长：545nm）加入200g生物柴油中混合均匀后等分为两份分别置于可变温加热槽10中；分别调节可变温加热槽温度值，两温度值不同；调节喷枪2至所需的对置间距；根据实验需要选用合适的喷嘴直径；调节玻璃转子流量计8。
（2）打开蠕动泵的同时打开平面连续激光器12、设有滤波片13（545nm窄带滤波片）的高速摄像机14和计算机15，设置的激光波长在荧光剂的吸收波长范围内，滤波片13透波范围包括荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长（透波范围为540～555nm，半带宽30nm）；高速摄像机14镜头处设有滤波片13（只让荧光进入镜头内进行成像），将高速摄像机14采集到的撞击面中荧光剂分布图输送到计算机15，得到的结果与实施例1类似。
Claims (9)
1.一种非等温微撞击流反应器测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将荧光剂配成所需检测浓度的水溶液，然后分成两等份分别置于两个可变温加热槽（10）中；调节可移动喷枪（2）之间的间距至所需间距，选用所需的喷嘴（3），打开蠕动泵（9），通过玻璃转子流量计（8）调节所需流量；
（2）打开平面连续激光器（12）和加载滤波片（13）的高速摄像机（14），待高速摄像机（14）开启后，打开蠕动泵（9），将非等温的液体由可移动喷枪（2）喷出在撞击流反应器（1）中进行传热传质；所述平面连续激光器（12）发出的平面激光光束平行于喷枪（2）对置面，且经过两喷枪对置中心；
（3）高速摄像机（14）对撞击面的荧光强度进行测试成像；
（4）对步骤（1）中的配置的荧光剂溶液进行温度与荧光强度的标定实验，得出荧光强度与温度的关系式；
（5）将撞击面以喷嘴直径的不同整数倍距离进行等距圆环划分，并对划分后的区域内像素点的温度值采用局部区域Z的平均温度T(Z)计算，计算公式如下：
其中，T(x,y)为区域Z内选取的像素点温度值；N(Z)为选取的像素点的个数；
（6）将步骤（3）中的图片采用Matlab软件进行图像与数字的转化，得出撞击面中像素点得荧光强度值，并按照步骤（5）中的取点方式，对实验图进行取点并根据荧光强度与温度的对应关系进行计算，得出取得点对应的温度值。
2.根据权利要求书1所述方法，其特征在于：可变温加热槽（10）中的溶液为去离子水、纯水或者甘油的荧光剂溶液。
3.根据权利要求书1所述方法，其特征在于：平面连续激光器（12）发出的激光波长为467nm，滤波片的透波范围要包含荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长。
4.权利要求1~3任意一项所述方法所用装置，其特征在于：包括撞击流反应器（1）、可移动喷枪（2）、喷嘴（3）、抗氧化防腐蚀环形软塞（4）、玻璃转子流量计（8）、蠕动泵（9）、可变温加热槽（10）、加热器（11）、平面连续激光器（12）、滤波片（13）、高速摄像机（14）、计算机（15）、筛网（16），两个可移动喷枪（2）的喷嘴（3）相对放置，对称固定在撞击流反应器（1）的两侧；在与撞击流反应器（1）接触的地方可移动喷枪（2）外面套有抗氧化防腐蚀环形软塞（4），可移动喷枪（2）喷枪管体一端通过玻璃转子流量计（8）、蠕动泵（9）与可变温加热槽（10）连通，可变温加热槽（10）底部设有加热器（11）；计算机（15）与高速摄像机（14）连接，高速摄像机（14）的镜头处设有滤波片（13）；平面连续激光器（12）位于撞击流反应器（1）的正下方。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于：可移动喷枪（2）为双层隔热套管，管体上附有刻度线。
6.根据权利要求4所述装置，其特征在于：可移动喷枪（2）的喷嘴（3）和喷枪管体通过螺纹（17）连接，根据实验所需的出口直径更换喷嘴（3）。
7.根据权利要求6所述装置，其特征在于：喷嘴（3）选用内螺纹，喷枪管体选用外螺纹，喷嘴（3）形状呈缩放形，且喷嘴（3）出口处设有筛网（16）。
8.根据权利要求4所述装置，其特征在于：撞击流反应器（1）采用双层保温有机玻璃套管，撞击流反应器（1）的壳体上部用法兰（5）连接，连接处设有抗氧化防腐蚀软垫（6）。
9.根据权利要求4所述装置，其特征在于：撞击流反应器（1）下出口设有抗氧化防腐蚀塞（7），可应用于自由空间和浸没状态下。
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| CN201910879287.2A Pending CN110542490A (zh) | 2019-09-18 | 2019-09-18 | 一种非等温微撞击流反应器测试方法与装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110542490A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001259624A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-09-25 | Babcock Hitachi Kk | ウォータージェット式反応装置 |
| CN102188943A (zh) * | 2011-05-16 | 2011-09-21 | 利穗科技(苏州)有限公司 | 一种撞击流多级微反应器 |
| CN103084135A (zh) * | 2013-02-06 | 2013-05-08 | 武汉工程大学 | 一种卧式撞击流反应器 |
| CN106179146A (zh) * | 2015-04-28 | 2016-12-07 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种撞击流多相反应器 |
| CN206184452U (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-24 | 锦州永嘉化工有限公司 | 一种撞击流混合反应器 |
| CN109225115A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-01-18 | 沈阳化工大学 | 一种可调喷嘴间距的撞击流反应器 |
-
2019
- 2019-09-18 CN CN201910879287.2A patent/CN110542490A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001259624A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-09-25 | Babcock Hitachi Kk | ウォータージェット式反応装置 |
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| CN109225115A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-01-18 | 沈阳化工大学 | 一种可调喷嘴间距的撞击流反应器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵朋飞等: "非等温液-液对置撞击面温度分布均匀性", 《化工进展》 * |
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