旋转轴反应器内流动及混合特性研究

摘要

旋转轴反应器是一种新型的过程强化设备，主要由内部旋转轴和外壳体构成，旋转轴转动可以对轴和壳间隙内流动的流体产生扰动，进而可以强化反应器内流体的流动、混合等过程。反应器中流体流动及其混合特性对反应器放大，产品粒度和分子量分布及质量等有重要影响，是反应器研究领域的重要课题。
　　本文对新型旋转轴反应器进行流体流动及其混合特性的基础研究，首先采用脉冲示踪法研究旋转轴反应器内液体的停留时间分布状况，并讨论了进料方式、转速、液体流量对液体停留时间分布的影响。选用碘化物-碘酸盐体系研究了不同操作条件下旋转轴反应器的微观混合性能，然后计算了反应器微观混合特征时间。并进一步采用计算流体力学方法对旋转轴反应器内宏观混合情况进行模拟研究，结果表明操作条件变化对宏观混合的影响和微观混合具有一致性。研究结果如下:
　　(1)旋转轴反应器中流体的返混程度随液体流量增加而增大，即流量增大时流体流动向全混流方向发展;转速增大对反应器内流体返混的影响呈现先减小后增大变化趋势，在转速为1000rpm时，反应器内流体返混最小，离散度最小。
　　(2)微观混合性能研究表明，主体溶液为切向进料时，微观混合性能较优;提高旋转轴转速、增加流体流量，都会使得离集指数减小，反应器的微观混合性能提高;而当增加体系粘度、增加氢离子浓度、增大两种溶液的体积流量比时，实验得到的离集指数都会明显增大，说明微观混合性能随之下降。基于团聚模型计算了反应器的微观混合特征时间范围是10-6～10-5s，通过与其他反应器对比，表明旋转轴反应器具有优良的微观混合性能。
　　(3)利用计算流体力学定性和定量的考察了旋转轴反应器内宏观混合情况，结果表明，切向进料时，增大旋转轴转速及提高液体流量都可以使得到的离集强度更小，宏观混合性能更优。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 化工反应过程强化

1．2．1 过程强化技术

1．2．2 超重力强化技术

1．3 停留时间分布简介

1．3．1 反应器流动模型

1．4 微观混合

1．4．1 微观混合简介

1．4．2 微观混合模型

1．4．3 微观混合体系

1．5 计算流体力学

1．5．1 CFD的基本方程

1．5．2 CFD软件介绍

1．6 研究意义与内容

第二章 旋转轴反应器中流体停留时间分布研究

2．1 旋转轴反应器简介

2．1．1 旋转轴反应器基本结构

2．1．2 旋转轴反应器主要特点

2．2 停留时间分布

2．2．1 停留时间分布的函数

2．2．2 停留时间分布的特征参数

2．2．3 停留时间分布测定

2．3 实验装置与流程

2．4 结果与讨论

2．4．1 进料方式对停留时间分布的影响

2．4．2 流量对停留时间分布的影响

2．4．3 旋转轴转速对停留时间分布的影响

2．5 本章小结

第三章 旋转轴反应器微观混合性能研究

3．1 旋转轴反应器微观混合性能实验研究

3．1．1 实验体系

3．1．2 实验试剂与装置

3．1．3 实验方法及流程

3．2 结果与讨论

3．2．1 进料方式对微观混合性能的影响

3．2．2 旋转轴转速对微观混合性能的影响

3．2．3 液体流量对微观混合性能的影响

3．2．4 体积流量比对微观混合性能的影响

3．2．5 氢离子浓度对微观混合性能的影响

3．2．6 液体粘度对微观混合性能的影响

3．3 微观混合特征时间的确定

3．3．1 团聚模型原理

3．3．2 微观混合特征时间结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 旋转轴反应器的混合性能模拟研究

4．1 旋转轴反应器CFD模拟方法

4．1．1 几何建模

4．1．2 网格划分及无关性检查

4．1．3 参数设置与模拟方法

4．2 旋转轴反应器内宏观混合模拟研究

4．2．1 模拟条件设置

4．2．2 离集强度定义

4．2．3 模拟结果与讨论

4．3 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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