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(shè)備，優(yōu)點(diǎn)為分散效果好、占地面積小、操作成本低、維修簡(jiǎn)單等；噴射混合器是一種具有高強(qiáng)度混合效果的混合器，優(yōu)點(diǎn)為混合強(qiáng)度高、改善濃度及溫度分布等。與傳統(tǒng)混合機(jī)械不同，二者均沒(méi)有機(jī)械動(dòng)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(zhì)、傳熱及制備乳液、懸浮液等。近年來(lái)，噴射混合器在某些場(chǎng)合還作為反應(yīng)器來(lái)使用，例如催化加氫及青霉素的生產(chǎn)等。國(guó)內(nèi)對(duì)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(shí)驗(yàn)研究

2、為主，受實(shí)驗(yàn)條件限制，不能獲得混合器內(nèi)部詳細(xì)的流場(chǎng)和濃度信息，只能從宏觀上評(píng)價(jià)混合器的性能，不能直接用來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)新的混合器。近年來(lái)，已有應(yīng)用CFD方法對(duì)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(duì)兩者的性能進(jìn)行考察，沒(méi)有考慮微觀混合對(duì)過(guò)程的影響。 本文運(yùn)用CFD方法對(duì)SK型靜態(tài)混合器和噴射混合器內(nèi)的液—液多尺度混合過(guò)程進(jìn)行模擬研究，通過(guò)建立混合器內(nèi)混合效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察操作條件和設(shè)備參數(shù)對(duì)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(duì)SK型靜態(tài)混合器與噴射混合器進(jìn)行對(duì)比研究。 CFD方法模擬結(jié)果表明：(1)長(zhǎng)徑比e越小、混合元件個(gè)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(gè)時(shí)單元壓降值顯著增加：(2)長(zhǎng)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(duì)壓降的影響沒(méi)有主流流速顯著；(4)主流流速增加有利于噴射混合器內(nèi)流體的混合，引射

4、流體流速增加對(duì)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(duì)SK型靜態(tài)混合器與噴射混合器進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明：(1)壓降：體系粘度對(duì)噴射混合器的影響要高于對(duì)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(shí)間：雷諾數(shù)Re＜2000時(shí)SK型靜態(tài)混合器的混合時(shí)間隨著流量的增加而增加，Re＞20

5、00時(shí)正相反；低雷諾數(shù)時(shí)混合時(shí)間要比高雷諾數(shù)時(shí)長(zhǎng)很多。噴射混合器的混合時(shí)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(shí)間；(3)對(duì)于SK型靜態(tài)混合器與噴射混合器，兩者的微觀混合長(zhǎng)度Ls都大于宏觀混合長(zhǎng)度Lm，說(shuō)明微觀混合是流體混合過(guò)程的控制步驟。 最終給出的中試裝置乙醇胺反應(yīng)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(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前乙醇胺實(shí)驗(yàn)裝置正在準(zhǔn)備，本文設(shè)計(jì)的噴射混合器經(jīng)中試