废水旋流场中颗粒自转调控及废催化剂污染物脱附机制研究

Based on the water thermal desorption technology which separates oil from spent catalyst,carry out the experimental and simulation study of particle rotation in rtating flow.High-speed camera will be used to descript the speed of particle rotation, volumetric 3-component velocimetry (v3v) will be employed to measure characteristics of three-dimessional flow field. particle image velocimetry(PIV) will be adopted to study the phase interaction in liquid/solod two phase flow.Computational fluid dunamics (CFD) will be introduced to simulate the interaction full of the two phase flow flield.model equations on the particle rotation will be established on the experimental and simulation study.Strenghten mechanism of oil in the microporosity of the spent catalyst separation from the catalyst will be inveatigated also. Micro particle image velocimetry (Micro PIV) will be used to observe the motion law in the micro passage which simulate the inner pore on the catalyst.analysis the inner strcture of the spent catalyst,study the influence of centrifugal force on desorption of oil in the micro pore, set up the relationship between the particle rotation and desorption efficiency. This study will deepen the understanding of the mechanism of separating oil from porous media, which will provide some theoreticle basis for more efficient water thermal desorption technology.

针对含油废催化剂水热脱附法除油技术，开展旋流场内废水中固体颗粒自转行为测试与模拟计算研究，采用高速摄像方法表征颗粒在旋流场中的自转速度、体三维流场测速仪V3V测定三维旋流场结构、粒子图像测速仪PIV测定固液两相流场、计算流体力学CFD模拟固液两相相互作用力，测试结果结合模拟计算确定描述旋流场中颗粒自转行为的模型方程；开展颗粒自转强化颗粒孔隙内液体污染物离心脱附机理研究，采用显微粒子图像测速仪Micro PIV研究微孔道内流体的运行特征，分析废催化剂内部微孔隙结构，考察离心力场对微孔道油相污染物从孔隙迁移到颗粒表面的强化作用，建立颗粒自转与污染物脱附的构效关系，深化对含油废催化剂除油机理的认识，为发展高效的水热脱附技术提供一定理论依据。

由于催化剂的多孔特性，大量有毒有害物质隐藏在催化剂的微孔道内，难以去除。石化行业每年排放大量的含油类污染物废催化剂，给土壤、水体等环境带来巨大压力，也造成了宝贵石油类资源浪费。. 催化剂孔道结构错综复杂，孔道的尺寸和分布对于内部油类污染物向界面的迁移过程有着重要影响，认识多孔介质的内部结构有利于增进微孔道油类污染物的迁移脱除的认识。采用Micro-CT和扫描电镜观察了几类典型多孔介质的表面及不同切断面的表面结构，定量描述了多孔介质表面及内部的孔道结构。. 有序的自转运动可以促使颗粒孔道内污染物从颗粒内部向颗粒表面的迁移。我们发现：在旋流离心场中，颗粒存在高速的自转运动。剪切力场是颗粒产生自转的主要原因。通过调整旋流分离器的结构参数和操作参数可以实现剪切力场的调控，达到调控颗粒自转的目的。. 颗粒自转的定量描述是实现孔道油高效脱除的有利保障。搭建旋流场中微颗粒自转测试平台，探索出颗粒自转的同步高速摄像测试方法。采用两台正交布置的高速相机对旋流场内微球运动进行同步拍摄，通过辨别示踪模拟液滴颗粒内核在两个高分辨率相机上的投影图像的变化来表征颗粒的位置和自转速度，通过两个内核颗粒的交替重合分开的位置变化来辨识微球的自转运动。测试结果显示旋流场中的颗粒在公转的同时存在高速的自转行为，自转的推动力源于流场的剪切效应。表明旋流场中存在非常大的剪切力梯度，对于颗粒孔道内污染物的去除有很好的促进作用。. 与此同时，剪切力场对于催化剂脱除表面油同样具有促进作用，作用于颗粒表面的剪切力可以促进颗粒表面油从附着于颗粒表面进入液相主体的脱油过程。将催化剂颗粒水热处理去除表面油后引入到旋流分离场中，通过对旋流分离器结构、雷诺数，分流比等的调节可以对旋流场进行调控，从而达到调控颗粒自转的目的，实现多孔催化剂颗粒孔道内油类污染物的脱除，最终达到废催化剂资源化回收利用和油类污染物的富集回收。