收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

热态多相搅拌反应器流体力学性能研究

陈雷  
【摘要】: 多相搅拌反应器广泛应用于石油、化工、生物、冶金、食品、制药及水处理等过程工业,由于反应器内往往进行大量的强放热反应,导致实际操作温度并非常温,而已有的工作主要集中于常温多相反应器性能的研究,缺少对热态多相搅拌反应器的研究。本研究室已对常温和热态多相搅拌反应器宏观性能进行了对比研究,结果表明:热态通气体系与常温体系具有较大区别,热态通气体系的相对功率消耗(通气功率与纯液相功率之比,RPD)要高于常温通气体系;热态通气体系的总体气含率明显小于常温通气体系。但已有研究结果尚未揭示温度对各种宏观特性影响的定量关系,无法满足该类反应器优化设计的要求;由于未进行反应器内介观及微观特性研究,因此与从机理上理解气液分散及固液悬浮特性的差距仍较远。为此,本文率先利用实验与CFD模拟相结合的手段从宏观和介观两个尺度上对热态多相搅拌反应器进行了深入研究,为该类反应器的优化设计提供参考。 本文首先从宏观特性研究着手,在直径为0.476 m,液位与槽径比为1.8的椭圆底不锈钢搅拌槽内进行实验,采用三层组合桨,底桨为六叶半椭圆管涡轮桨(HEDT),中层桨和顶层桨均为上提操作的四宽叶翼形桨(WHU),定量研究了气液两相及气液固三相搅拌反应器内温度对包括通气搅拌功率、整体气含率以及临界离底悬浮转速在内的宏观流体力学性能的影响规律,结果表明:体系中RPD随温度的升高而增大,但随固含率的增加,温度对RPD的影响程度减弱;整体气含率随温度的升高而明显下降,下降幅度也随固含率增加而减小;并获得了包含温度定量影响的经验关联式,为该类反应器的工业设计提供有益参考。 宏观特性的研究虽然可以为多相搅拌反应器的设计提供参考,但通过这种“黑箱”研究的方法无法评价搅拌槽内不同区域的气液分散状况,更无法深入了解搅拌槽内气液分散机理。为此,本文利用研制开发的可用于热态体系的双电导探针气泡测量及分析系统,研究了热态气液两相体系内的局部气含率分布、气泡尺寸分布、气液相界面积分布以及热态三相体系内的局部气含率分布等介观特性。研究结果表明:两相及三相体系内局部气含率随温度的升高而下降,这与整体气含率的研究结果一致;两相热态体系中气泡的全槽平均直径比常温体系大21%,这也是导致热态体系中气含率较低的主要原因。 在研究反应器内介观特性的过程中发现,多相搅拌反应器内的局部气含率分布及气泡尺寸分布均与反应器内液相流型密切相关,为此,本文采用PIV测试技术对三层组合搅拌桨(HEDT+2WHU)产生的复杂流场进行详细的实验研究和分析,研究发现HEDT+2WHU组合桨使流体在半槽内形成4个循环,能量最高处位于底桨射流区内,底桨叶片后方存在上下两个尾涡,沿径向方向向槽壁运动,而中层桨和顶桨后方仅有一个尾涡,沿轴向方向向液面运动,高湍流动能区随尾涡一起运动,从而实现能量自桨叶向槽内主体流动区的传递。该研究结果为今后进一步深入研究多相体系内的流体力学性能奠定了基础。 采用多层桨的多相流搅拌反应器内的流体流动状况十分复杂,虽然本文通过实验研究的方法获得了一些结果,但需要消耗大量的时间和精力,因此本文利用计算流体力学(CFD)的方法,将Euler-Euler双流体模型与综合考虑了气泡聚并与破碎的群体平衡模型(PBM)相结合,对多层桨气液搅拌槽内的局部气含率分布、气泡尺寸分布以及局部容积传质系数分布进行了数值模拟,模拟结果与实验值相吻合,该研究结果可以为工业设计提供更有效的指导。 通过对本实验体系内局部气含率分布研究发现,在顶层桨上方区域的局部气含率远远高于搅拌槽内的其它区域,这对于一些要求气体在体系内分布均匀的工业过程不利,为了实现通过搅拌器结构设计来控制局部气含率分布的目的,本文利用实验及CFD相结合的方法研究了顶层桨尺寸变化对气液两相体系内通气搅拌功率、整体气含率以及局部气含率的影响,结果表明:当顶层桨直径为0.5T时,顶层桨上方局部气含率最大值可达50%,随顶层桨直径的减小,局部气含率极大值也减小,当直径为0.33 T时,局部气含率极值几乎消失。该研究有助于实现对多层桨气液搅拌反应器内气液分散状态的可控设计。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 顾雪萍,冯连芳,王凯;搅拌反应器中反应热的实时监测 Ⅱ 模拟放热反应过程的状态及参数估计[J];化学反应工程与工艺;1999年02期
2 周国忠,施力田,王英琛;搅拌反应器内计算流体力学模拟技术进展[J];化学工程;2004年03期
3 曹晓畅;张廷安;赵秋月;杜婧尧;;CFD技术在冶金搅拌反应器中的应用进展[J];世界有色金属;2008年06期
4 叶林,于建生,李景新,安伟;生化反应中反应器的性能及设计[J];化工设计;1996年04期
5 陈建峰;李希;戎顺熙;陈甘棠;;搅拌反应釜中微观混和问题的研究——(Ⅱ)—新微观混和模型的建立与实验验证[J];化学反应工程与工艺;1990年01期
6 张成芳;;气液搅拌反应器的新进展[J];医药工程设计;1984年01期
7 贺世正;唐萍;;CFD模拟在种子罐消除振动中的应用[J];装备制造技术;2007年06期
8 曹晓畅;张廷安;赵秋月;蒋孝丽;王蕊;;管式搅拌反应器停留时间分布的数值模拟[J];过程工程学报;2008年S1期
9 曹晓畅;张延安;赵秋月;蒋孝丽;娄旭;;基于FLUENT软件的管式搅拌反应器流场的数值模拟[J];过程工程学报;2008年S1期
10 曾勇;樊继红;;搅拌反应器大涡模拟方法研究[J];机械设计与制造;2011年06期
11 李成林,亓平言,何宜生,王志新,戴诗亮;一种新型的振动搅拌装置─共振搅拌反应器[J];清华大学学报(自然科学版);1983年02期
12 M.N.赫雷拉;B.埃斯科巴;N.帕勒;C.冈萨雷斯;T.范加斯;俞继华;;非常规转筒式反应器中高浓度矿浆的贫金精矿的生物浸出[J];国外选矿快报;1999年12期
13 王玉春;气体提升搅拌反应器中固体粒子浓度分布[J];应用化学;1984年01期
14 冯连芳,王文清,王凯;乳聚反应器的传热研究[J];合成橡胶工业;1991年03期
15 张庆华;毛在砂;杨超;赵承军;;搅拌反应器中液相混合时间研究进展[J];化工进展;2008年10期
16 赵秋月;张廷安;刘燕;王淑婵;豆志河;蒋孝丽;赫冀成;;管式搅拌反应器功率特性研究[J];过程工程学报;2009年S1期
17 张成芳;;气液悬浮催化反应器[J];石油化工;1983年06期
18 吴敏,徐文斌,邵丽莉;在中试过程中测定有关工程数据的方法[J];化工生产与技术;2000年03期
19 李波;张庆文;洪厚胜;由涛;;搅拌反应器中计算流体力学数值模拟的影响因素研究进展[J];化工进展;2009年01期
20 包雨云,高正明,施力田;多相流搅拌反应器研究进展[J];化工进展;2005年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹晓畅;张延安;赵秋月;蒋孝丽;王蕊;;管式搅拌反应器停留时间分布的数值模拟[A];2008年全国冶金物理化学学术会议论文集[C];2008年
2 曹晓畅;张廷安;赵秋月;蒋孝丽;娄旭;;基于FLUENT软件的管式搅拌反应器流场的数值模拟[A];2008年全国冶金物理化学学术会议论文集[C];2008年
3 赵秋月;张廷安;刘燕;王淑婵;豆志河;蒋孝丽;赫冀成;;管式搅拌反应器功率特性研究[A];第十二届冶金反应工程学术会议论文集[C];2008年
4 周国忠;虞培清;贾立文;;气液分散搅拌器的性能研究[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
5 李向阳;禹耕之;毛在砂;;通气搅拌槽中多层桨的气泛现象研究[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
6 闵健;高正明;;双层涡轮桨搅拌槽内混合过程的大涡模拟[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2006年
7 丁杰;王博;;计算流体力学在废水生物处理反应器优化设计运行中的应用[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第二卷)[C];2009年
8 徐康;马兵;苏庆运;;瞬态条件下Rh表面CO-O_2详细化学反应机理的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
9 李玉光;邢建民;李望良;熊小超;刘会洲;;新型多相分散的自吸式生化反应器及其在石油生物脱硫中的应用[A];中国生物工程学会2006年学术年会暨全国生物反应器学术研讨会论文摘要集[C];2006年
10 伍沅;陈振;李国朝;;液体连续相撞击流反应制取纳米粉体[A];2005年全国粉体设备—技术—产品信息交流会暨纳米颗粒测试与标准培训班论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹晓畅;管式搅拌反应器流动特性与混合特性的CFD数值模拟[D];东北大学;2009年
2 陈雷;热态多相搅拌反应器流体力学性能研究[D];北京化工大学;2009年
3 陈佳;侧进式搅拌反应器内均相及多相流体动力学的数值研究[D];华东理工大学;2013年
4 黄娟;纤维素生物转化螺带型搅拌反应器工程研究[D];华东理工大学;2013年
5 王宝源;常温空气无焰燃气锅炉的强化换热和污染物减排研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 刘学军;多相催化制备生物柴油的催化剂及反应过程研究[D];清华大学;2008年
7 李良超;气液反应器局部分散特性的实验与数值模拟[D];浙江大学;2010年
8 钱欣平;生物表面活性剂的合成及其促进有机物降解的研究[D];浙江大学;2002年
9 闵健;搅拌槽内宏观及微观混合的实验研究与数值模拟[D];北京化工大学;2005年
10 文振中;生物柴油制备的反应过程强化方法的研究[D];华东理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨决宽;搅拌反应器CAD系统的研究与开发[D];大连理工大学;2000年
2 赵鉴楚;搅拌反应器中非凝并体系的气液分散及传质特性[D];北京化工大学;2010年
3 赵建秀;环己烷无催化氧化反应系统的模拟分析[D];浙江大学;2002年
4 赵春霞;纳米碳酸钙制备新工艺的研究及其数学模型的建立[D];中南大学;2003年
5 蒋勇;搅拌槽内微观混合的研究[D];北京化工大学;2004年
6 任杰;搅拌反应器流场与动力性能的模拟及实验研究[D];郑州大学;2007年
7 李红星;搅拌反应器中粘性物系的气液分散特性研究[D];浙江大学;2013年
8 张冠杰;利用滴流床反应器制备生物柴油的研究[D];南京工业大学;2004年
9 甘如海;畜禽粪便厌氧干发酵处理搅拌反应器的研究设计[D];华中农业大学;2004年
10 唐红叶;发酵法生产β-胡萝卜素的搅拌反应器的流场分析[D];河北工业大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 吕晓辉 臧新 杨冬之;探索细胞培养技术 破解紫杉醇生产难题[N];中国医药报;2006年
2 钱宇 江燕斌 吴志辉;“公斤实验室”与“迷你工厂”[N];中国化工报;2005年
3 高军光;森杰拉长脂肪烷基叔胺产业链[N];中国化工报;2006年
4 高军光;科技兴企焕发生机[N];中国化工报;2007年
5 岳祺;我国聚丙烯产需保持增势[N];中国化工报;2002年
6 蔡永源;技术为本 推陈出新[N];中国化工报;2001年
7 记者 杨宏辉;国内首创球釜颠覆传统反应器[N];中国化工报;2005年
8 ;化妆品市场三分天下[N];消费日报;2001年
9 本报记者 翁国娟;他们其实离我们很近[N];中国化工报;2007年
10 吴 星 郭 明;无焰燃烧新技术通过鉴定[N];中国质量报;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978