下噴式環(huán)流反應(yīng)器流動(dòng)特性研究.pdf

1、下噴式環(huán)流反應(yīng)器(Reverse Jet Loop Reactor，簡稱RJLR)借助高速的射流和環(huán)流的相互作用，因而強(qiáng)化了流體的混合效果，提高了傳熱及傳質(zhì)速率，改善了反應(yīng)條件，是一種新型的高效多相反應(yīng)裝置?；谄浣Y(jié)構(gòu)簡單、投資廉價(jià)、無轉(zhuǎn)動(dòng)部件、密封性好及混合傳質(zhì)傳熱性能好、操作維修以及工業(yè)放大容易等優(yōu)點(diǎn)，下噴式環(huán)流反應(yīng)器特別適合于液-液、氣-液及氣-液-固等多相反應(yīng)體系中。在化學(xué)化工、生物工程、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域很快得到廣泛應(yīng)用，具有良好

2、的發(fā)展前景。但由于研究者在研究方法、測(cè)試手段、研究內(nèi)容方面的不系統(tǒng)，導(dǎo)致目前對(duì)該反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)和優(yōu)化缺乏依據(jù)，對(duì)環(huán)流反應(yīng)器的操作規(guī)律更是缺乏研究。
　　因此本文對(duì)下噴式環(huán)流反應(yīng)器的流動(dòng)特性進(jìn)行了研究，主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)空氣-水體系為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)研究了下噴式環(huán)流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)對(duì)氣含率ε、吸氣量QG的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣含率隨著表觀液速及表觀氣速的增加而增加;氣體吸入量隨著液體流量的增加

3、和噴嘴位置的上升而增加。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸了氣含率的關(guān)聯(lián)式如下:εa=1.28×10-15Re1.81L（m+h/H）0.227(n/H）-0.098（d/D）-0.98 Re1.12Gεg=1.31×10-14Re1.68L（m+h/H）0.347（n/H)-0.107[-0.021（d/D-0.496）2+0.225]0.05 Re0.979G
　　(2)在空氣-水體系下，實(shí)驗(yàn)研究了下噴式環(huán)流反應(yīng)器的啟動(dòng)規(guī)律（環(huán)流啟動(dòng)的最小液

4、體流量QLu以及環(huán)流維持的最小液體流量QLd等）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著噴嘴位置及導(dǎo)流筒直徑的升高，環(huán)流啟動(dòng)的最小液體流量QLu以及環(huán)流維持的最小液體流量QLd都不斷的升高。隨著導(dǎo)流筒位置的下降，QLu稍微升高，而QLd逐漸降低。在氣體流量較低時(shí)(QG＜1.5m3/h)，隨著氣體流量的增加，QLu以及QLd迅速下降，而在氣體流量較高時(shí)(QG＞1.5m3/h)，氣體流量的變化對(duì)QLu以及QLd影響不大。并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)QLu以及QLd進(jìn)行了關(guān)

5、聯(lián)，關(guān)聯(lián)式如下: ReLu=5.2×1013（m+h/H）0.337（n/H）0.13（d/D）0.438ReLu=2.38×1013（m+h/H）0.522（n/H）-0.47（d/D）0.847
　　(3)將粒子圖像測(cè)速法（Particle Image Velocimetry，簡稱PIV）和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD)相結(jié)合，研究下噴式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)部的速度場(chǎng)分布規(guī)律，并

6、將速度的測(cè)量值與k-ε湍流模型模擬值進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，導(dǎo)流筒內(nèi)速度呈拋物線分布，隨著噴嘴位置的下降，拋物線圖形越陡，環(huán)隙的速度先降低后升高;隨著噴嘴的速度升高時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)各位置的速度值均升高，實(shí)驗(yàn)和模擬的結(jié)果的一致，證明了模型的正確性。
　　(4)將下噴式環(huán)流反應(yīng)器應(yīng)用于2，4-二硝基甲苯(2，4-dinitrotoluene，簡稱DNT)催化加氫合成2，4-甲苯二胺(2，4-tolylene diamine，簡稱TDA)反應(yīng)