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搅拌槽内微观混合的研究

搅拌反应器是化工、制药、食品、石油等行业最常见的流体混合设备。微观混合指的是物料从湍流分散后的最小微团(Kolmogorov尺度)到分子尺度上的均匀化过程,这种小尺度上的均匀化过程对精细化工、制药等工业过程中经常涉及到的快速复杂反应有着重要影响。目前关于微观混合研究已有不少文献报导,但绝大部分是针对串联竞争反应体系,且在较小的反应釜内进行,而冷模实验的釜径需达到0.5m左右才能有效反映出釜内结构、桨型等参数对反应的影响。此前的研究所采用的桨型大多为Rushton标准涡轮桨,且以单层桨为主;对于目前工业过程中广泛使用的多层桨搅拌槽/反应器内微观混合特性研究较少;在实际工业应用中对于低粘度互溶液体的混合往往采用翼形桨,而对多层翼型桨的微观混合特性则研究得更少。本研究在内径0.476m的有机玻璃搅拌槽进行,选择酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行竞争反应作为工作反应,利用气相色谱仪对产物分布进行测定,工作反应的产物分布被用来表征槽内微观混合效  (本文共77页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京化工大学
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搅拌槽内宏观及微观混合的实验研究与数值模拟

搅拌槽/反应器广泛应用于许多工业过程,宏观及微观混合性能是搅拌反应器优化设计的重要组成部分,对于快速复杂反应过程尤为重要。为此,本文从实验和数值模拟两个方面对宏观混合和微观混合进行了深入的研究,研究内容主要包括以下几个方面:在直径为Φ0.476m的有机玻璃搅拌槽内,采用电导法测定了宏观混合时间,对标准六直叶涡轮桨(DT-6)和三窄叶翼型CBY桨在单层和多层桨操作下的混合时间进行了实验研究。在FLUENT6.1计算流体力学(CFD)软件平台和网络平行计算系统硬件平台上,首先采用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)的方法对宏观混合时间进行数值模拟,采用标准k-ε湍流模型和多重参考系法,并将速度场与浓度场方程分开进行求解方法。对于单层桨体系,不论是DT-6桨还是CBY桨,其混合时间的模拟值均与实验结果吻合良好;对于多层桨体系,CBY桨混合时间的模拟值与实验结果相吻合,而双层DT-6桨混合时间的模拟值要比实验结果长约一倍。...  (本文共183页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)

新型桨搅拌槽内非牛顿流体微观混合特性的实验研究

搅拌槽具有相间接触面积大、传热传质效率高、操作灵活等优点,广泛应用于食品、制药、冶金、高分子等工业过程中。搅拌桨是搅拌槽的核心部件,搅拌桨的构型优化是改善搅拌效果最理想、最经济的方法。近年来,研究人员开发出了多种适合不同操作环境的新型搅拌桨,包括穿流桨、分形叶轮、柔性桨和本课题组发明的向心桨和Z型穿流桨。初步研究结果表明,向心桨和Z型穿流桨具有良好的性能,然而这两种新型桨用于非牛顿流体体系时的微观混合性能还不清楚。基于此,本文采用羟乙基纤维素为非牛顿黏性添加剂,选择磷酸盐-碘化物-碘酸盐的平行竞争反应体系,在直径0.282 m的椭圆底搅拌槽内研究了向心桨和Z型穿流桨的微观混合特性。首先,实验考察了加料时间对微观混合的影响,比较了向心桨(CT)、Rushton桨(DT)、45°下压三斜叶桨(PBTD)三种桨及10种不同双层桨组合的功率准数和微观混合效率。研究发现,DT、CT和PBTD的功率准数随雷诺数的增加保持不变,DT桨的功率准...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

同心双轴搅拌器微观混合性能研究

搅拌混合操作在化工、制药、食品、冶金以及造纸等过程工业中有着广泛的应用。实际混合过程中一般兼有宏观混合和微观混合。搅拌器的微观混合性能对有快速复杂反应加入的过程工业生产有着重要影响,反应的转化率、产物分布以及最终的产品质量与搅拌器的微观混合性能有着密切联系。现有微观混合研究,大多采用串联竞争反应体系作为微观混合性能表征的方法,所研究的搅拌器类型也多数以Rushton圆盘涡轮或翼形桨等适于低粘体系的单轴桨为主,而对于在过程工业中有广阔应用前景的宽粘度域适用性同心双轴搅拌器的微观混合性能研究不够深入。因此,其微观混合性能的研究将对该类型搅拌器的优化设计与推广应用大有裨益。本文通过实验研究和数值模拟方法,对同心双轴搅拌器在粘稠体系下的微观混合性能进行了研究。采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系通过实验表征了三种带有不同内桨的同心双轴搅拌器的微观混合性能,分析了不同内桨类型、内外桨功率、加料位置、内桨桨径、转动模式以及体系粘度等因素对同心...  (本文共117页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)

搅拌槽微观混合的数值模拟研究

搅拌槽作为工业上广泛使用的混合设备,其内部的流动和传递特性将直接关系到产品的特性以及生产过程的经济性。对于混合敏感的快速复杂反应过程,如果加入搅拌槽的物料无法快速地实现分子尺度的混合,那么进料位置处反应物的局部混合状态将会决定主产物收率、产品质量以及操作稳定性。因此,深入了解搅拌槽内各尺度的混合特性,尤其是直接影响化学反应进程的微观混合,将有助于工业规模反应器的设计、工程放大、操作优化及过程强化。基于此,本文采用数值模拟方法对单相以及多相搅拌槽内湍流反应流进行了系统的研究,考察了微观混合对混合敏感的化学反应体系选择性的影响,并将模型方法应用到实际反应体系及其现象的分析。具体工作以及主要成果如下:(1)使用混合分数及其方差描述了物料宏观以及微观尺度的离集状况,提出了一种CFD耦合卷吸模型(E-model)的新方法,数值研究了单进料、半连续搅拌槽内微观混合对酸碱中和/氯乙酸乙酯水解平行竞争反应体系以及碘化物/碘酸盐平行竞争反应体系选...  (本文共190页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京化工大学
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气—液搅拌槽内微观混合特性的实验研究

气-液搅拌反应器是化工、制药、食品、石油等行业最常见的流体混合设备。搅拌反应器内的微观混合对产物分布、产品质量和生产安全有极其重要的影响。为了尽可能的提高气-液搅拌反应器内目标产物的转化率,谋求最大的经济效益,应选择适合反应过程的混合条件,但对气-液体系中液相的微观混合研究非常有限,文献中的结论也存在矛盾。因此对气-液搅拌槽内微观混合性能进行研究是十分重要和必需的。本文以槽径300mm的不锈钢气-液(氮气-溶液)搅拌槽为研究对象,采用半椭圆管盘式涡轮搅拌桨(HEDT)单桨作为搅拌器,通过Villermaux及合作者提出的碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系,着重考察了加料时间、搅拌桨转速、加料位置、管口返混、表观气速和桨径等因素对产物分布的影响,定量研究了通气搅拌槽内的微观混合效率。结果表明:900s是适合本文微观混合实验的加料时间;无返混的情况下,离集指数随平均轴功耗的上升而减小;在桨叶高速射流区加料管口内易存在返混,改变加料管形状...  (本文共83页) 本文目录 | 阅读全文>>