一种悬垂水滴生成水合物实验系统的开发与研究.pdfVIP

第 26卷第 5期 化学反应工程与工艺 Vol26，No5 2010年 lO月 ChemicalReactionEngineeringandTechnology 0ct．201O 文章编号 ：1001—7631 (2010)05--0406--05 一 种悬垂水滴生成水合物实验系统的开发与研究 刘 磊 刘道平 汤成伟 张 亮 (上海理工大学制冷技术研究所 ，上海 200093) 摘要： 为 了从微观角度研究水合物的喷雾法制备 ，设计 了一套静止悬垂水滴合成气体水合物高压可视化 实验装置 。介绍了设备 的组成和T作原理，并从压力和温度两个方面对静止水滴生成水合物进行 了分析 。 实验证 明，这套系统能很好地应用于气体水合物制备过程的特性和工艺研究。 关键词 ： 气体水台物；诱导 时间 ；生长形态 ；过冷度 中图分类号 ： TE8 文献标识码 ：A 气体水合物是一类笼形结构的冰状晶体，是 由主体分子即水分子 问以氢键相互结合形成笼形空 格，将客体分子包络在其中所形成的非化学计量的包络化合物L1]。其制备过程既是一个受温度、压 力、混合物组分浓度等参数影响的气一液一固三相的水合放热反应过程，也是一个受气一固、气一液直接 接触效果影响的固液相变传热过程L2]。目前水合物的制备方法主要有气一液接触法、机械搅拌法、鼓 泡法和喷雾法口]。其中喷雾法是一种高效强化制取水合物的方法L4]，它是通过喷嘴将水雾化并喷入 反应气体中，目的为了在单位反应釜体积内获得较大的气一水接触面积 ，强化传热传质，减少诱导时 间，提高水合反应速率。 对于水合物的喷雾法制备 ，微观上其主要研究的焦点是静止水滴或运动水滴表面[7]的水合物形 成机理，宏观上则表现为富气相环境下的容积传热传质效应，气体消耗率等。研究水滴表面形成水合 物的实验现象对喷雾法制备水合物至关重要，是从微观层面研究水合物喷雾法制备迈 出的第一步。因 此本方案设计搭建一种可视化悬垂水滴水合物实验台，希望从微观方面着手，研究静止水滴形成水合 物的生长机理。 1 实验装置及方法 根据理论计算与研究分析，设计并建立 了 研究静止悬垂水滴表面气体水合物结晶与生长的 高压可视化实验装置，如图 1所示。 该装置 由反应系统 、反应气体供给系统 、温 度控制系统 、水滴控制系统 、CCD显微摄像系 统、数据采集系统等组成 。实验方法：关闭各管 路阀门，将反应釜抽真空。通过压力调节器 向反 应釜内充人一定压力的实验气体，对反应釜腔室 图 1静止悬垂水滴合成气体水合物可视化实验装置 进行吹扫，重复_三次，彻底清除反应釜中残留的 Fig．1Schematicdiagram ofthevisualexperimental apparatusforhydrateformationonpendantwaterdroplet 空气。反应气体从高压气瓶进入反应釜，通过压 1一naturalgasreservoir；Z—waterbath ；3 waterjacket；4一reactor； 力调节器调节反应釜内实验气体的压力。开启温 5 water droplet ；6 一visualwindow ；7 一microscopic camera ； 8一manua1regulatingpump ；9一computer ；10一vacuum pump 收稿 日期 ：2010-06-02；修订 日期 ：2010—08—20 作者简介：刘 磊 (1985一)，男，硕士研究生；刘道平 (1963一)，男，教授 ，通讯联系人 。E—mail：liuleihappy一1985@163．corn 基金项目：上海市重点学科建设项 目 ($30503) 第 26卷第 5期 刘 磊等．一种悬垂水滴生成水合物实验系统的开发与研究