新型特殊用途化学反应器若干问题的研究

摘要

化学反应器是过程工业中广泛应用的关键设备。在实际工艺中，经过处理的适于化学反应的反应原料通过反应器并在反应器中发生化学反应。反应产物经过分离、提纯等进一步物理处理工艺以获得期望的最终产品。在整个流程中，反应器本身的投资可能并不高，但对整个工艺系统的造价却有着决定性的影响。由于化学反应种类繁多，性质各异，研究开发能满足特殊化学反应的新型化学反应器无疑具有十分重要的工程意义和学术意义。 本文提出了一种新型的搅拌釜用无泄漏隔膜密封结构。设计中采用了一种独特的传动机构，使密封隔膜经历最小变形以延长其使用寿命。对所设计的密封结构用压力为0.3Mpa的室温空气作为密封介质在实验室条件下进行了为期50天的验证实验。实验结果表明：该结构的密封能保证介质的零泄漏；隔膜工作可靠(经历4.3×106次变形，隔膜无破坏迹象)；传动机械效率大致与传统的机械密封相当。 研究了非牛顿流体在振荡流反应器中的物料停留时间分布。提出了一个基于马尔柯夫链(Markovchains)的考虑腔室间返混的振荡流反应器物料停留时间分布模型。通过对在内径50mm，长1.95m的振荡流反应器进行的理想脉冲示踪试验数据的统计分析，给出了模型的唯一参数回流比R的经验计算公式。发现在试验条件下，存在一个与最小回流比R相对应的振荡条件。这振荡条件可表示为振荡流雷诺数(Reo)与净流雷诺数(Ren)的比值ζ，其范围为1.6＜ζ＜2.5。提出了三维粒子图像测速(3D-PIV)实验测试方法，并用其研究了振荡流反应器的流场结构。 提出了一种新型涡旋脉冲式反应器的结构设计。用直径为Ф450的PVC反应器在实验室条件下进行了含SO2废气净化试验。系统地考察了操作温度、液气比及吸收液中的SO2含量对SO2脱除率R的影响。结果表明：涡旋脉冲式反应器可以高效率地脱除废气中的SO2，在适宜的操作条件下，SO2脱除率可达98％以上。 用同一个PVC反应器在实验室条件下进行了含粉尘HCl废气净化试验。系统地考察了操作温度、液气比及吸收液中的HCl含量对HCl脱除率R的影响。结果表明：涡旋脉冲式反应器可以高效率地脱除废气中的HCl和粉尘，在适宜的操作条件下，HCl脱除率可达99.5％以上；粉尘去除率接近100％。 在夹套容器中进行的许多操作(如蒸发)，传热速率会随着液位的下降而显著降低。为解决这类问题，本文提出一种新型的能将釜底液体连续喷洒在容器内壁形成液膜以提高传热速率的自吸式搅拌装置。从流体动力学的基本方程出发，推导出搅拌装置的设计计算方法。用水为介质在直径200m，高300m的外表面电热套加热的圆柱形敞口容器中分别在自吸式搅拌装置和普通螺旋桨叶轮搅拌下进行了对比蒸发实验。结果表明，采用自吸式搅拌装置可减少蒸发时间47％以上。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章搅拌槽反应器新型密封的研究

第三章搅拌槽反应器新型自吸搅拌叶轮的研究

第四章振荡流反应器的研究

4.1振荡流反应器及其研究背景

4.2振荡流反应器实验系统

4.3流动过程的数值模拟

4.3.1物理模型

4.3.2数值模拟软件

4.3.3数值模拟结果与分析

4.4流场的可视化研究

4.5本章小结

第五章涡旋脉冲反应器应用研究

结论

参考文献

致谢

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