搅拌釜内液固非催化反应体系的动力学测定及颗粒悬浮的CFD模拟
发布时间：2021-10-14 12:46
搅拌釜作为化工生产中常见的反应装置,具有适应性强、操作灵活和对反应条件的可控范围大等特点。由于反应动力学和搅拌釜内反应物系的混合均匀程度都会对化学反应速率产生影响,因此本论文从实验和数值模拟两个方面分别对搅拌釜内某特定体系涉及的液固非催化反应动力学和颗粒悬浮进行研究。实验结果表明:在消除传质阻力的条件下,反应速率与反应温度、气相反应物压力和固体颗粒表面积均呈正相关。在确定反应的控速步骤为表面反应控制后,通过假设的动力学方程,得到了 60℃,70℃,80℃和90℃下的反应速率常数,将实验数据代入动力学方程进行检验,发现实验值与计算值具有较高的一致性,这说明了动力学方程的合理性,同时该反应的活化能为22.325 kJ·mol-1。通过搅拌转速与舍伍德数之间的关系来表示气液传质阻力,建立了关于气相反应物浓度和颗粒粒径的微分方程组,从而得到了存在传质阻力下的气相反应物压力和颗粒粒径随时间的变化。数值模拟结果表明:对于带有挡板及斜叶桨的搅拌釜,k-ω湍流模型可在釜内形成较大的轴向循环,因而可提高颗粒的悬浮效果;转速对搅拌釜内的流型无明显影响,但在一定范围内,颗粒在釜内的混合均匀程度与搅拌转速呈正...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 搅拌釜的结构及适用性
1.2.1 搅拌釜的结构
1.2.2 搅拌桨的类型
1.2.3 搅拌釜反应器的特点及适用性
1.3 搅拌釜内颗粒悬浮的研究进展
1.3.1 实验研究进展
1.3.2 数值模拟研究进展
1.4 反应动力学研究概述
1.5 本论文的主要研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验仪器
2.2 实验装置与流程
2.3 实验方法
第3章 液固非催化反应动力学研究
3.1 反应速率的影响因素分析
3.1.1 搅拌转速对反应速率的影响
3.1.2 气相压力对反应速率的影响
3.1.3 固体颗粒用量对反应速率的影响
3.1.4 温度对反应速率的影响
3.2 反应速率控制步骤的确定
3.3 本征动力学方程的建立
3.3.1 动力学方程的假设
3.3.2 动力学方程的验证
3.4 气液传质阻力对反应速率的影响分析
3.5 本章小结
第4章 计算流体力学研究方法与数学模型
4.1 CFD研究方法概述
4.2 湍流模型
4.3 多相流模型
4.3.1 欧拉-拉格朗日模型
4.3.2 颗粒扩散通量模型
4.3.3 欧拉-欧拉多相流模型
4.4 曳力模型
4.5 冻结转子法
第5章 搅拌釜内颗粒悬浮的CFD模拟
5.1 引言
5.2 几何模型与湍流模型的对液相流场的影响
5.3 搅拌转速对液速分布及颗粒悬浮的影响
5.3.1 搅拌转速对液相速度的影响
5.3.2 搅拌转速对颗粒悬浮的影响
5.4 离底高度对液速分布及颗粒悬浮的影响
5.4.1 离底高度对液相速度的影响
5.4.2 离底高度对颗粒悬浮的影响
5.5 功率消耗
5.5.1 搅拌转速对功耗的影响
5.5.2 离底高度对功耗的影响
5.6 临界悬浮转速
5.6.1 固体颗粒的直径对临界悬浮转速的影响
5.6.2 固相的体积分数对临界悬浮转速的影响
5.7 搅拌釜内液固混合的瞬态分析
5.7.1 网格划分与研究方法
5.7.2 结果与分析
5.8 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
硕士学习期间论文发表情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]几种单层桨搅拌槽内宏观混合特性的比较[J]. 李挺,贾卓泰,张庆华,杨超,毛在砂. 化工学报. 2019(01)
[2]气液搅拌槽中不同因素对旋涡深度的影响[J]. 陈良才,黄红科,杨德辽,冯志力,陈汉平. 化工设计. 2006(05)
[3]轴流式搅拌器的研究与发展[J]. 徐峰,李龙,程云山,韩丹. 石油化工设备技术. 2004(06)
[4]LARGE EDDY SIMULATION OF COMPLEX TURBULENT FLOWS:PHYSICAL ASPECTS AND RESEARCH TRENDS[J]. 李家春. Acta Mechanica Sinica. 2001(04)
本文编号：3436182
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 搅拌釜的结构及适用性
1.2.1 搅拌釜的结构
1.2.2 搅拌桨的类型
1.2.3 搅拌釜反应器的特点及适用性
1.3 搅拌釜内颗粒悬浮的研究进展
1.3.1 实验研究进展
1.3.2 数值模拟研究进展
1.4 反应动力学研究概述
1.5 本论文的主要研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验仪器
2.2 实验装置与流程
2.3 实验方法
第3章 液固非催化反应动力学研究
3.1 反应速率的影响因素分析
3.1.1 搅拌转速对反应速率的影响
3.1.2 气相压力对反应速率的影响
3.1.3 固体颗粒用量对反应速率的影响
3.1.4 温度对反应速率的影响
3.2 反应速率控制步骤的确定
3.3 本征动力学方程的建立
3.3.1 动力学方程的假设
3.3.2 动力学方程的验证
3.4 气液传质阻力对反应速率的影响分析
3.5 本章小结
第4章 计算流体力学研究方法与数学模型
4.1 CFD研究方法概述
4.2 湍流模型
4.3 多相流模型
4.3.1 欧拉-拉格朗日模型
4.3.2 颗粒扩散通量模型
4.3.3 欧拉-欧拉多相流模型
4.4 曳力模型
4.5 冻结转子法
第5章 搅拌釜内颗粒悬浮的CFD模拟
5.1 引言
5.2 几何模型与湍流模型的对液相流场的影响
5.3 搅拌转速对液速分布及颗粒悬浮的影响
5.3.1 搅拌转速对液相速度的影响
5.3.2 搅拌转速对颗粒悬浮的影响
5.4 离底高度对液速分布及颗粒悬浮的影响
5.4.1 离底高度对液相速度的影响
5.4.2 离底高度对颗粒悬浮的影响
5.5 功率消耗
5.5.1 搅拌转速对功耗的影响
5.5.2 离底高度对功耗的影响
5.6 临界悬浮转速
5.6.1 固体颗粒的直径对临界悬浮转速的影响
5.6.2 固相的体积分数对临界悬浮转速的影响
5.7 搅拌釜内液固混合的瞬态分析
5.7.1 网格划分与研究方法
5.7.2 结果与分析
5.8 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
硕士学习期间论文发表情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]几种单层桨搅拌槽内宏观混合特性的比较[J]. 李挺,贾卓泰,张庆华,杨超,毛在砂. 化工学报. 2019(01)
[2]气液搅拌槽中不同因素对旋涡深度的影响[J]. 陈良才,黄红科,杨德辽,冯志力,陈汉平. 化工设计. 2006(05)
[3]轴流式搅拌器的研究与发展[J]. 徐峰,李龙,程云山,韩丹. 石油化工设备技术. 2004(06)
[4]LARGE EDDY SIMULATION OF COMPLEX TURBULENT FLOWS:PHYSICAL ASPECTS AND RESEARCH TRENDS[J]. 李家春. Acta Mechanica Sinica. 2001(04)
本文编号：3436182
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3436182.html
