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青島科技大學(xué)化學(xué)工程研究所多年從事多相流體分離領(lǐng)域的研究，在深入研究普通型旋風(fēng)分離器原理的基礎(chǔ)上，對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，開(kāi)發(fā)出了高效環(huán)流式旋風(fēng)分離器，獲得了十項(xiàng)專(zhuān)利，工業(yè)應(yīng)用效果良好，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
近五年來(lái)，承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“旋風(fēng)流場(chǎng)的大渦擬序結(jié)構(gòu)與亞微米粉塵的運(yùn)動(dòng)行為”、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)示范工程項(xiàng)目、省自然科學(xué)基金、中國(guó)石化總公司、中國(guó)海洋石油等省部級(jí)以上項(xiàng)目十余項(xiàng)，大、中型企業(yè)委托項(xiàng)目四十余項(xiàng)。在工業(yè)上推廣旋風(fēng)旋流系列專(zhuān)利設(shè)備二百余臺(tái)套，并獲得山東省科技發(fā)明二等獎(jiǎng)、山東省技術(shù)市場(chǎng)優(yōu)秀項(xiàng)目獎(jiǎng)。
實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)面積350m2，實(shí)驗(yàn)室高度9m，實(shí)驗(yàn)室總固定資產(chǎn)已超過(guò)200萬(wàn)元，有開(kāi)展大型實(shí)驗(yàn)的良好條件。現(xiàn)有教授2人、副教授2人、高級(jí)工程師1人、講師1人、工程師1人、助教1人，已形成結(jié)構(gòu)合理的研究梯隊(duì)，每年招收博士生2人，碩士研究生5-7人，本科生20余人參加研究工作。
旋液環(huán)流式液固分離器（專(zhuān)利號(hào)：ZL 92106712.7）
環(huán)流式旋風(fēng)除塵器（專(zhuān)利號(hào)：ZL 02270076.5）
雙切向環(huán)流式旋風(fēng)除塵器（專(zhuān)利號(hào)：ZL 02143740.9）
在直筒段內(nèi)由內(nèi)構(gòu)件組成一次分離區(qū)，通過(guò)導(dǎo)流使氣體在此區(qū)內(nèi)呈同一螺旋向上的旋渦，以改變傳統(tǒng)流路中在直筒段形成向下和向上兩個(gè)旋渦相互擾動(dòng)的情況，降低流體湍動(dòng)，強(qiáng)化流體旋轉(zhuǎn)，防止粉塵短路。利用內(nèi)件與外筒的環(huán)隙，通過(guò)引流和底部負(fù)壓將少量氣體引入錐體，形成環(huán)流，既能消除上灰環(huán)又可使該部分氣體與粉塵在錐體得到二次分離。實(shí)現(xiàn)縮短輕連續(xù)相路徑，強(qiáng)化主氣流旋轉(zhuǎn)，抑制流體湍動(dòng)；延長(zhǎng)重
分離相（粉塵）路徑，形成兩級(jí)氣固分離的設(shè)想。通過(guò)流場(chǎng)測(cè)試和大渦模擬優(yōu)化內(nèi)件、導(dǎo)流件結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)尺寸，實(shí)現(xiàn)環(huán)流量與操作條件的優(yōu)化。
開(kāi)發(fā)的整體思路為：
1、依據(jù)大渦模擬與理論分析設(shè)定流體流路，由內(nèi)構(gòu)件對(duì)流體導(dǎo)流、整流并分區(qū)
a、由導(dǎo)流使流體按設(shè)定設(shè)定流路流動(dòng)，縮短輕連續(xù)相路徑，實(shí)現(xiàn)氣固二級(jí)分離，
b、由整流使主分離區(qū)加速旋轉(zhuǎn)，抑制湍流大渦，強(qiáng)化分離。
2、由大渦模擬、理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，優(yōu)化導(dǎo)流整流件結(jié)構(gòu)與操作條件
3、用于液-固、氣-固和氣-液非均相分離
該系列專(zhuān)利成果于2004年12月通過(guò)了由山東省科技廳組織、中國(guó)科學(xué)院院士余國(guó)琮主持的項(xiàng)目鑒定，其鑒定意見(jiàn)為：達(dá)到了同類(lèi)技術(shù)和設(shè)備的國(guó)際領(lǐng)先水平。該系列設(shè)備可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、采礦、食品、醫(yī)藥、發(fā)電、環(huán)保等行業(yè)。
圖2環(huán)流式旋風(fēng)除塵器實(shí)驗(yàn)裝置圖、圖3旋風(fēng)除塵器壓降與入口風(fēng)速的關(guān)系、圖4旋風(fēng)除塵器效率與入口風(fēng)速的關(guān)系、圖5環(huán)流式旋風(fēng)除塵器的大渦模擬
在粉末乳化炸藥生產(chǎn)線(xiàn)上應(yīng)用二十余臺(tái)。與原采用DⅢ型旋風(fēng)除塵器相比，炸藥的收率從90%提高到98%以上。其中十九個(gè)廠家每年多回收炸藥10640噸，按每噸價(jià)格4950元計(jì)算，一年可為企業(yè)挽回經(jīng)濟(jì)損失5267萬(wàn)元。由于壓降低，降低了風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率，十九個(gè)廠家全年可節(jié)省電費(fèi)114萬(wàn)元。
在山西、廣西、安徽、福建和貴州等維尼綸行業(yè)醋酸乙烯流化床反應(yīng)器上應(yīng)用36臺(tái)，與原采用的DⅢ型旋風(fēng)除塵器相比，年節(jié)支增收6000余萬(wàn)元，使旋風(fēng)除塵器的使用周期從6個(gè)月延長(zhǎng)至5年，減少了開(kāi)停車(chē)次數(shù)，消除了安全隱患。
在有機(jī)硅單體合成流化床反應(yīng)器上應(yīng)用20余臺(tái)，將使用周期延長(zhǎng)至兩年以上。
安徽某企業(yè)的氰化鈉閃蒸干燥系統(tǒng)為引進(jìn)美國(guó)的成套技術(shù)。因除塵器除塵效率不高，后續(xù)濕洗塔每8小時(shí)需更換洗滌液一次。在新上生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)改用環(huán)流式旋風(fēng)除塵器，結(jié)果表明，生產(chǎn)線(xiàn)連續(xù)運(yùn)行168小時(shí)仍不需更換洗滌液。因此，企業(yè)又將原美國(guó)進(jìn)口生產(chǎn)線(xiàn)上的除塵器拆除，更換了環(huán)流式，使生產(chǎn)線(xiàn)通過(guò)了環(huán)境認(rèn)證。在南寧化工集團(tuán)熱風(fēng)爐和廣西瑞泉公司的超細(xì)膨潤(rùn)土干燥系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)流式的結(jié)果表明：一級(jí)旋風(fēng)的d50值達(dá)到了1.2μm，兩級(jí)串聯(lián)后達(dá)到0.8μm。兩級(jí)串聯(lián)后可使熱風(fēng)爐排煙含塵量降至150mg/m3以下。表明環(huán)流式可用于工業(yè)窯爐的排煙除塵。應(yīng)用前景廣闊，社會(huì)效益顯著。
圖6環(huán)流式旋風(fēng)除塵器的工業(yè)應(yīng)用
環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)的導(dǎo)流整流器（專(zhuān)利號(hào)：ZL 03135058.5）
環(huán)流循環(huán)旋風(fēng)除塵系統(tǒng)（專(zhuān)利號(hào)：ZL 01243742.5）
環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)的總體思路是：將環(huán)流式研究開(kāi)發(fā)的主導(dǎo)思想擴(kuò)展為一個(gè)系統(tǒng)，由過(guò)程集成的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)組合。即采用二級(jí)串聯(lián)除塵，二級(jí)除塵先在長(zhǎng)分離柱內(nèi)進(jìn)行，相當(dāng)于單臺(tái)環(huán)流式旋風(fēng)除塵器的一次分離區(qū)，在其頂部將少量氣體和粉塵切向抽出，中心潔凈氣體直接排向系統(tǒng)外部。被抽出的少量氣體和一級(jí)未除下的超細(xì)粉塵用一臺(tái)處理量較小的環(huán)流式旋風(fēng)除塵器進(jìn)行再次分離，未被分離的超細(xì)粉塵隨氣體被引回一級(jí)除塵入口，形成循環(huán)。通過(guò)導(dǎo)流整流可強(qiáng)化分離柱內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)，抑制湍流大渦，提高系統(tǒng)的分離效率。該除塵系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、系統(tǒng)排出的氣體中不含1μm以上的粉塵，分割直徑d50達(dá)到了0.33～0.65μm。
2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)只加一臺(tái)小的風(fēng)機(jī)，可連續(xù)高效運(yùn)行。
3、整個(gè)系統(tǒng)的壓降小于2500Pa，只比常規(guī)旋風(fēng)除塵器的單臺(tái)壓降略高。
圖7環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置圖、圖8實(shí)驗(yàn)用分子篩粉體粒度分布、圖9環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
直流降膜式旋風(fēng)除霧器（專(zhuān)利號(hào)：zl01243741.7）
降膜式柱狀旋風(fēng)除霧器（專(zhuān)利號(hào)：zl03253828.6）
(a) (b)
直流降膜式旋風(fēng)除霧器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
開(kāi)發(fā)思路：將前一操作單元尾氣尿素洗滌塔的氣體和部分液態(tài)尿素一同引入除霧器，在入口前的管道內(nèi)即形成滴狀流，由大液滴捕捉小霧滴。液體進(jìn)入除霧器后，利用氣體的旋轉(zhuǎn)和引流，使液相在壁面形成均勻下降的液膜保護(hù)器壁，并帶走易結(jié)垢的霧滴。除霧主要靠氣流旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將小霧滴甩向邊壁后，進(jìn)入液相由液體帶出。由于霧滴到達(dá)壁面進(jìn)入液相后不會(huì)形成二次卷?yè)P(yáng)，采用直流型（相當(dāng)于只有一次分離區(qū)），以降低壓降。
解決了除霧器壁面結(jié)殼的國(guó)際性工程難題，已分別應(yīng)用于1.2萬(wàn)噸三聚氰胺/年和6000噸三聚氰胺/年的工業(yè)生產(chǎn)中，五年來(lái)的應(yīng)用結(jié)果表明：該除霧器壓降大幅度下降，節(jié)省了能耗，除霧效率明顯，未發(fā)現(xiàn)器壁有結(jié)殼現(xiàn)象，達(dá)到了原來(lái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的目的。
圖10直流降膜式旋風(fēng)除霧器的實(shí)驗(yàn)裝置、圖11直流降膜式旋風(fēng)除霧器的工業(yè)應(yīng)用
脈沖式氣流干燥器
脈沖式氣流干燥器利用物料在加速段所具有的高傳熱、傳質(zhì)效果，采用管徑交替縮小和擴(kuò)大的方式，加大了氣固間的相對(duì)速度和傳熱傳質(zhì)面積，強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)。目前對(duì)于脈沖式氣流干燥器的理論和實(shí)驗(yàn)研究，相比其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用明顯滯后。
青島科技大學(xué)化學(xué)工程研究所建立了數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了數(shù)值模擬，歸納出氣流干燥過(guò)程的一些基本規(guī)律，并以此開(kāi)發(fā)出新型高效脈沖式氣流干燥器，該設(shè)備具有能耗低、效率高、處理量大、適應(yīng)性廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、造紙、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。投資后可為企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
超細(xì)粉體定向清晰分級(jí)技術(shù)
本技術(shù)面向高科技工業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ笮统?xì)顆粒精細(xì)分級(jí)設(shè)備的迫切需求，借鑒氣固流態(tài)化的散式化和大渦模擬的最新研究成果，提出了一種新的超細(xì)顆粒精細(xì)分級(jí)方法。將多級(jí)逆流精細(xì)分級(jí)的概念引入該技術(shù)中，用累疊式規(guī)整填料床概念解決超細(xì)粉體的聚團(tuán)破碎、氣固流態(tài)化的散式化和超細(xì)顆粒的分級(jí)問(wèn)題。在理論上可推動(dòng)超細(xì)顆粒分級(jí)領(lǐng)域的研究，實(shí)用上可獲得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、滿(mǎn)足當(dāng)前超細(xì)粉體行業(yè)生產(chǎn)需求的高細(xì)度、窄級(jí)別分級(jí)技術(shù)和裝備，經(jīng)濟(jì)效益潛力巨大。
圖12大型綜合試驗(yàn)臺(tái)
圖13 學(xué)術(shù)帶頭人李建隆教授
圖14 已獲得的專(zhuān)利證書(shū)
圖15 獲獎(jiǎng)情況
圖16 余國(guó)琮院士蒞臨我研究所指導(dǎo)工作
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