论文题目: 超临界流体制备超微颗粒的过程模拟与喷嘴设计
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 刘燕
导师: 王威强
关键词: 超临界流体,超微颗粒,喷嘴,模型,模拟
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文首先对超临界流体（Supercritical Fluid,SCF）技术制备超微颗粒的研究现状和技术特点进行了综述和分析。SCF快速膨胀过程（Rapid Expansion of Supercritical Solution,RESS）和SCF抗溶剂结晶过程（Gas or Supercritical Anti-solvent Crystallization,GAS or SAS）是两个研究比较深入,并很有应用前景的超微微粒制备技术。作为一项多学科交叉的热点新技术,其实践和理论目前尚处于研究和发展阶段,基本上没有大规模工业应用的报导,实验研究也以操作参数对结果的大致影响为主,有些结果大相径庭。对其机理和过程的模型化描述和模拟研究,不仅可以合理地解释实验现象,而且可以预测实验结果,这对于实验研究及工业化应用都有着重要的科学指导意义。同时如何提高制备超微颗粒的产量也是目前应用领域亟待解决的瓶颈问题,通过深入分析和研究而进行的装置设计与喷嘴设计工作,将使课题的应用领域进一步拓宽,能为解决这一问题从设备角度上跨出关键的一步。基于以上考虑,将SCF技术制备超微颗粒的模型模拟与喷嘴设计作为本文的两个重点内容进行了研究。 为保证模拟与设计计算的正确性,需要进行流体物理性质的计算,对以超临界CO2为主的SCF相状态参数计算进行了总结与比较,确定了计算状态参数应用的状态方程类型,即利用Bender方程,计算CO2的气相密度、音速等参数,应用R—K方程计算导出状态函数关系式,而液相混合物的密度应用P-R方程来进行计算。在比较各种方法的适用性和优劣的基础上,给出了关于纯CO2流体相和液体混合物的一些物理性能参数的计算方法和公式,比如、粘度、扩散系数、导热系数、表面张力等等。 在此基础上,对RESS流动过程和气溶胶溶剂萃取系统（ASES）过程进行了模型建立与模拟计算工作。 RESS过程制备超细微粒的本质是利用了SCF溶解性在临界区附近对压力的敏感性。通过压力的适当变化大幅度地调整SCF的溶解度,使溶解了溶质的SCF在瞬间迅速减压,从而在此过程中产生SCF强烈的机械扰动和极大的过饱和比。一维稳定流动过程模型的描述包括锥体入口段、直管膨胀段和出口超音速膨胀段,模拟得到了超临界流体在喷嘴流动过程中的温度、压力、密度、速度分布等结果,这些都是决定其溶解溶质能力的状态条件;过程结果表明,在锥体出
论文目录:
摘要
ABSTRACT
主要物理量名称及符号表
第1章 绪论
1．1 超临界流体制备超微颗粒技术概况
1．2 快速膨胀过程(RESS)综述
1．2．1 过程原理与技术特点
1．2．2 RESS过程的应用与理论研究
1．3 抗溶剂及其相关过程(GAS/SAS/ASES/SEDS)过程综述
1．3．1 过程原理与技术特点
1．3．2 SAS过程应用与理论研究
1．4 颗粒自气相过饱和溶液或悬浮物中结晶过程(PGSS)
1．5 在超临界流体介质中反应生成微细颗粒简介
1．6 超临界技术在制备合成微粒和包覆材料中的应用
1．7 超临界流体包覆技术应用
1．8 课题的提出及其研究意义
1．8．1 课题的提出
1．8．2 本课题的研究意义
1．9 课题的研究内容及其技术路线
1．9．1 课题的研究内容
1．9．2 课题研究的技术路线
第2章 流体热物理性质的计算
2．1 物质的临界常数及其它常用特性参数
2．2 超临界 CO_2的热物理性能
2．2．1 超临界CO_2基本状态参数
2．2．2 超临界CO_2导出状态参数以及其他热物性参数的计算
2．3 液相的热物理性能
2．3．1 液相密度的计算
2．3．2 液相粘度的计算
2．3．3 液相扩散系数的计算
2．3．4 纯溶剂表面张力的计算
2．4 本章小结
第3章 RESS流动过程模拟与喷嘴设计
3．1 引言
3．2 RESS过程喷嘴节流流动模型的建立
3．2．1 节流过程的简化和几何物理模型
3．2．2 喷嘴流动过程的数学模型
3．2．3 模型中的主要计算参数
3．3 过程流动模型的算法
3．4 过程流动模型的计算结果与分析
3．4．1 基本模拟过程结果
3．4．2 几个主要参数的影响结果
3．5 SC-CO_2膨胀过程模拟结果验证
3．5．1 模拟结果与文献相比较
3．5．2 模拟与实验结果的比较
3．6 RESS过程喷嘴的设计
3．6．1 喷嘴的结构设计
3．6．2 喷嘴内径的简化计算
3．7 本章小结
第4章 气溶胶溶剂萃取系统(ASES)的模型与模拟
4．1 模型假设与物理模型基础
4．1．1 模型假设
4．1．2 物理模型基础
4．2 模型方程
4．2．1 初始液滴直径的计算模型
4．2．2 过程模型
4．2．3 模型的适用范围
4．3 模型算法介绍及框图
4．4 模型的计算结果与分析
4．4．1 超临界 CO_2和溶剂物理和传递特性的计算
4．4．2 过程参数对初始液滴尺寸的影响
4．4．3 两相系统在结晶器中变化的模拟结果与分析
4．4．4 固体溶质的结晶预测
4．4．5 模拟结果验证
4．5 本章小结
第5章 抗溶剂法小型实验装置设计
5．1 实验装置流程设计和部件规格
5．1．1 流程设计
5．1．2 主要部件性能与规格
5．2 加热控制系统的设计
5．3 结晶釜设计
5．3．1 结晶釜结构设计
5．3．2 结晶釜设计条件与主要尺寸
5．4 本章小结
第6章 抗溶剂法新型喷嘴设计
6．1 喷嘴雾化机理介绍
6．2 喷嘴的结构形式与特点分析
6．3 气流式二流体喷嘴工艺尺寸设计计算
6．3．1 二流体外混喷嘴工艺尺寸计算
6．3．2 二流体内混喷嘴工艺尺寸计算
6．4 新型喷嘴结构设计
6．4．1 结构设计思想
6．4．2 新型外混式喷嘴结构设计与功能说明
6．4．3 新型内混式喷嘴结构设计与功能说明
6．4．4 强度设计条件与主要结构尺寸
6．6 本章小结
第7章 装置与喷嘴性能实验研究
7．1 加热系统效果实验研究
7．1．1 实验步骤
7．1．2 实验条件
7．1．3 实验结果与分析
7．2 颗粒制备实验
7．2．1 实验目的
7．2．2 实验步骤
7．2．3 实验条件
7．2．4 实验结果和分析
7．3 本章小结
第8章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文等
学位论文评阅及答辩情况表
发布时间: 2005-10-17
参考文献
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