SK型靜態(tài)混合器與噴射混合器的CFD模擬研究.pdf

1、靜態(tài)混合器是一種新型化工單元設備，優(yōu)點為分散效果好、占地面積小、操作成本低、維修簡單等；噴射混合器是一種具有高強度混合效果的混合器，優(yōu)點為混合強度高、改善濃度及溫度分布等。與傳統(tǒng)混合機械不同，二者均沒有機械動力裝置，能耗大大降低，且適用范圍廣，可用于物料的摻混、傳質、傳熱及制備乳液、懸浮液等。近年來，噴射混合器在某些場合還作為反應器來使用，例如催化加氫及青霉素的生產等。國內對靜態(tài)混合器和噴射混合器的研究尚處于初始階段，方法上多以實驗研究

2、為主，受實驗條件限制，不能獲得混合器內部詳細的流場和濃度信息，只能從宏觀上評價混合器的性能，不能直接用來優(yōu)化設計新的混合器。近年來，已有應用CFD方法對靜態(tài)混合器和噴射混合器研究，但這些研究只從宏觀角度對兩者的性能進行考察，沒有考慮微觀混合對過程的影響。 本文運用CFD方法對SK型靜態(tài)混合器和噴射混合器內的液—液多尺度混合過程進行模擬研究，通過建立混合器內混合效果的評價指標，考察操作條件和設備參數(shù)對混合效果及壓降的影響。采用純水

3、、乙醇胺和苯胺鹽酸鹽溶液三種體系分別對SK型靜態(tài)混合器與噴射混合器進行對比研究。 CFD方法模擬結果表明：(1)長徑比e越小、混合元件個數(shù)越少、流體雷諾數(shù)越小，SK型靜態(tài)混合器的壓降就越小，混合元件多于6個時單元壓降值顯著增加：(2)長徑比e越小、雷諾數(shù)越高，SK型靜態(tài)混合器的混合效果越好；(3)噴射混合器壓降隨著主流流速的增大而顯著增大，引射流速對壓降的影響沒有主流流速顯著；(4)主流流速增加有利于噴射混合器內流體的混合，引射

4、流體流速增加對噴射混合器物料流體的混合不利。 采用純水、乙醇胺和苯胺鹽酸鹽溶液三種體系對SK型靜態(tài)混合器與噴射混合器進行對比研究，結果表明：(1)壓降：體系粘度對噴射混合器的影響要高于對SK型靜態(tài)混合器，后者更適宜處理粘度大的物系。相同條件噴射混合器的壓降大約是SK型靜態(tài)混合器壓降的幾十倍，故后者能耗要低得多，更適合大流量物料的混合；(2)混合時間：雷諾數(shù)Re＜2000時SK型靜態(tài)混合器的混合時間隨著流量的增加而增加，Re＞20

5、00時正相反；低雷諾數(shù)時混合時間要比高雷諾數(shù)時長很多。噴射混合器的混合時間隨著主流流速增加而逐漸變短，提高主流流速能夠顯著縮短噴射混合器的混合時間；(3)對于SK型靜態(tài)混合器與噴射混合器，兩者的微觀混合長度Ls都大于宏觀混合長度Lm，說明微觀混合是流體混合過程的控制步驟。 最終給出的中試裝置乙醇胺反應體系的SK型靜態(tài)混合器與縮合中試裝置苯胺/甲醛噴射混合器關鍵參數(shù)的優(yōu)化設計。目前乙醇胺實驗裝置正在準備，本文設計的噴射混合器經中試