基于群体平衡框架的微观混合模型研究
发布时间：2022-01-08 10:01
微观混合是化学工业中的常见现象,一般指物料从湍流分散后的最小粘性涡尺度（Kolmogorov尺度）到分子尺度的均匀化过程。微观混合过程对于快速反应体系至关重要。如果微观混合速率慢于化学反应本征速率,物料就有可能来不及均匀分散而反应已经完成,从而导致副反应频繁发生,最终对反应收率、转化率、选择性及产品质量等产生重要影响。如何深入研究微观混合过程的机理并构建相应的理论模型一直是国际化学工程领域中的重点和难点。本文通过分析前人工作,认为已有微观混合模型假定“流体微元间的碰撞频率为常数”不具普适性。因此本文基于流体微元间发生碰撞作用的流体力学原理,从碰撞频率方程的推导出发,采用统计学方法,对流体微元在反应器内的混合行为建立了带有随机参数的群体平衡框架,并用标准矩方法进行求解,结合流体微元的物理行为,用累积量-忽略封闭法对未封闭的化学反应项进行封闭处理,得到了一个用于描述流体微元间聚并-分散过程的微观混合模型,并分别对单一反应、平行-竞争反应、串联-竞争反应体系建立了基于群体平衡框架的微观混合模型数学表达式。不同于前人模型,本文将基于群体平衡框架的微观混合模型推广应用于更多的实验对照,验证了模型...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
流体微元聚并-分散过程示意图
45第3章平行-竞争反应体系模型验证本章以酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行-竞争反应体系作为验证算例，运用文献[114]报道的实验数据对所建立的微观混合模型进行验证。3.1微观混合模型参数文献[114]采用直径D=0.19m的不同类型搅拌桨叶的搅拌器（见图3-1、图3-2），在内径为0.476m的搅拌釜（具体参数见图3-3）内进行酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行-竞争反应体系实验研究。以半分批方式加料，考察了加料时间、搅拌转速、雷诺数、加料位置及桨型对微观混合的影响。反应方程式如下：12()()()kNaOHAHClBNaClPHO（3-1）2225225()()()kNaOHACHClCOOCHCCHClCOONaQCHOH（3-2）图3-1单层CBY桨叶（左）、单层HD-6桨叶（右）示意图图3-2三层CBY桨叶（左）、HD-6+2CBY组合桨叶（右）示意图
45第3章平行-竞争反应体系模型验证本章以酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行-竞争反应体系作为验证算例，运用文献[114]报道的实验数据对所建立的微观混合模型进行验证。3.1微观混合模型参数文献[114]采用直径D=0.19m的不同类型搅拌桨叶的搅拌器（见图3-1、图3-2），在内径为0.476m的搅拌釜（具体参数见图3-3）内进行酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行-竞争反应体系实验研究。以半分批方式加料，考察了加料时间、搅拌转速、雷诺数、加料位置及桨型对微观混合的影响。反应方程式如下：12()()()kNaOHAHClBNaClPHO（3-1）2225225()()()kNaOHACHClCOOCHCCHClCOONaQCHOH（3-2）图3-1单层CBY桨叶（左）、单层HD-6桨叶（右）示意图图3-2三层CBY桨叶（左）、HD-6+2CBY组合桨叶（右）示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]装填不同填料的管式反应器的微观混合性能[J]. 原平方,郭凯,张小波,刘春江. 化工学报. 2017(02)
[2]三股对撞式撞击流反应器微观混合性能研究[J]. 张珺,刘有智,焦纬洲,谷德银. 化学工程. 2015(06)
[3]下沉颗粒气-液-固搅拌槽内微观混合特性研究（英文）[J]. 栗万博,耿兴业,包雨云,高正明. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2015(03)
[4]离散相系统群体平衡模型的求解算法[J]. 苏军伟,顾兆林,XU X.Yun. 中国科学:化学. 2010(02)
[5]撞击流反应器微观混合性能的研究[J]. 李崇,李志鹏,高正明,周英建,黄家琪. 北京化工大学学报(自然科学版). 2009(06)
[6]微通道反应器微观混合效率的实验研究[J]. 王琦安,王洁欣,余文,邵磊,陈建峰. 北京化工大学学报(自然科学版). 2009(03)
[7]连续高速分散混合器内的微观混合性能[J]. 张占元,闵健,高正明. 北京化工大学学报(自然科学版). 2008(05)
[8]用聚并分散模型研究旋转填充床中微观混合过程[J]. 刘骥,向阳,陈建峰,周绪美,郑冲. 北京化工大学学报(自然科学版). 1999(04)
[9]撞击流反应器内微观混合过程的研究[J]. 刘海峰,王辅臣,吴韬,龚欣,于遵宏. 华东理工大学学报. 1999(03)
[10]微观混和问题的研究——（Ⅲ）物质的细观分布形态与变形规律[J]. 李希,陈甘棠,戎顺熙. 化学反应工程与工艺. 1990(04)
博士论文
[1]新型化学反应器的微观混合实验、理论及应用研究[D]. 杨海健.北京化工大学 2007
[2]搅拌槽内宏观及微观混合的实验研究与数值模拟[D]. 闵健.北京化工大学 2005
[3]微观混和问题的理论与实验研究[D]. 李希.浙江大学 1992
硕士论文
[1]新型桨搅拌槽内非牛顿流体微观混合特性的实验研究[D]. 杨娟.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019
[2]搅拌釜内流体微观混合机理研究及其模型构建[D]. 雷小楠.湘潭大学 2018
[3]新型多通道微反应器的设计与性能研究[D]. 方轲.北京化工大学 2015
[4]高速撞击流反应器的微观混合特性的实验研究[D]. 刘一鸣.北京化工大学 2015
[5]毛细撞击流反应器微观混合性能的实验研究[D]. 郭蕾.北京化工大学 2013
[6]连续化微通道内微乳液法制备纳米氧化锌的研究[D]. 张晓丽.大连理工大学 2013
[7]气—液搅拌槽内微观混合特性的实验研究[D]. 王沛.北京化工大学 2012
[8]旋转填充床内黏性流体的微观混合研究[D]. 潘超.北京化工大学 2012
[9]新型套管式反应器传质特性的研究[D]. 张力翔.北京化工大学 2009
[10]微通道反应器的微观混合实验及理论研究[D]. 余文.北京化工大学 2008
本文编号：3576355
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
流体微元聚并-分散过程示意图
45第3章平行-竞争反应体系模型验证本章以酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行-竞争反应体系作为验证算例，运用文献[114]报道的实验数据对所建立的微观混合模型进行验证。3.1微观混合模型参数文献[114]采用直径D=0.19m的不同类型搅拌桨叶的搅拌器（见图3-1、图3-2），在内径为0.476m的搅拌釜（具体参数见图3-3）内进行酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行-竞争反应体系实验研究。以半分批方式加料，考察了加料时间、搅拌转速、雷诺数、加料位置及桨型对微观混合的影响。反应方程式如下：12()()()kNaOHAHClBNaClPHO（3-1）2225225()()()kNaOHACHClCOOCHCCHClCOONaQCHOH（3-2）图3-1单层CBY桨叶（左）、单层HD-6桨叶（右）示意图图3-2三层CBY桨叶（左）、HD-6+2CBY组合桨叶（右）示意图
45第3章平行-竞争反应体系模型验证本章以酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行-竞争反应体系作为验证算例，运用文献[114]报道的实验数据对所建立的微观混合模型进行验证。3.1微观混合模型参数文献[114]采用直径D=0.19m的不同类型搅拌桨叶的搅拌器（见图3-1、图3-2），在内径为0.476m的搅拌釜（具体参数见图3-3）内进行酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行-竞争反应体系实验研究。以半分批方式加料，考察了加料时间、搅拌转速、雷诺数、加料位置及桨型对微观混合的影响。反应方程式如下：12()()()kNaOHAHClBNaClPHO（3-1）2225225()()()kNaOHACHClCOOCHCCHClCOONaQCHOH（3-2）图3-1单层CBY桨叶（左）、单层HD-6桨叶（右）示意图图3-2三层CBY桨叶（左）、HD-6+2CBY组合桨叶（右）示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]装填不同填料的管式反应器的微观混合性能[J]. 原平方,郭凯,张小波,刘春江. 化工学报. 2017(02)
[2]三股对撞式撞击流反应器微观混合性能研究[J]. 张珺,刘有智,焦纬洲,谷德银. 化学工程. 2015(06)
[3]下沉颗粒气-液-固搅拌槽内微观混合特性研究（英文）[J]. 栗万博,耿兴业,包雨云,高正明. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2015(03)
[4]离散相系统群体平衡模型的求解算法[J]. 苏军伟,顾兆林,XU X.Yun. 中国科学:化学. 2010(02)
[5]撞击流反应器微观混合性能的研究[J]. 李崇,李志鹏,高正明,周英建,黄家琪. 北京化工大学学报(自然科学版). 2009(06)
[6]微通道反应器微观混合效率的实验研究[J]. 王琦安,王洁欣,余文,邵磊,陈建峰. 北京化工大学学报(自然科学版). 2009(03)
[7]连续高速分散混合器内的微观混合性能[J]. 张占元,闵健,高正明. 北京化工大学学报(自然科学版). 2008(05)
[8]用聚并分散模型研究旋转填充床中微观混合过程[J]. 刘骥,向阳,陈建峰,周绪美,郑冲. 北京化工大学学报(自然科学版). 1999(04)
[9]撞击流反应器内微观混合过程的研究[J]. 刘海峰,王辅臣,吴韬,龚欣,于遵宏. 华东理工大学学报. 1999(03)
[10]微观混和问题的研究——（Ⅲ）物质的细观分布形态与变形规律[J]. 李希,陈甘棠,戎顺熙. 化学反应工程与工艺. 1990(04)
博士论文
[1]新型化学反应器的微观混合实验、理论及应用研究[D]. 杨海健.北京化工大学 2007
[2]搅拌槽内宏观及微观混合的实验研究与数值模拟[D]. 闵健.北京化工大学 2005
[3]微观混和问题的理论与实验研究[D]. 李希.浙江大学 1992
硕士论文
[1]新型桨搅拌槽内非牛顿流体微观混合特性的实验研究[D]. 杨娟.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019
[2]搅拌釜内流体微观混合机理研究及其模型构建[D]. 雷小楠.湘潭大学 2018
[3]新型多通道微反应器的设计与性能研究[D]. 方轲.北京化工大学 2015
[4]高速撞击流反应器的微观混合特性的实验研究[D]. 刘一鸣.北京化工大学 2015
[5]毛细撞击流反应器微观混合性能的实验研究[D]. 郭蕾.北京化工大学 2013
[6]连续化微通道内微乳液法制备纳米氧化锌的研究[D]. 张晓丽.大连理工大学 2013
[7]气—液搅拌槽内微观混合特性的实验研究[D]. 王沛.北京化工大学 2012
[8]旋转填充床内黏性流体的微观混合研究[D]. 潘超.北京化工大学 2012
[9]新型套管式反应器传质特性的研究[D]. 张力翔.北京化工大学 2009
[10]微通道反应器的微观混合实验及理论研究[D]. 余文.北京化工大学 2008
本文编号：3576355
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