旋转式连续流动反应器及其在酯交换反应中的应用研究

发布时间：2020-10-14 03:43

　　 混合是一种常见且十分重要的化工单元操作。传统的混合设备存在体积庞大、投资大、效率低、难以实现连续化等不足er。针对传统混合设备存在的问题,发明了一种新型的具有混合效果好、传质效率高、易于连续化操作的反应器-旋转式连续流动反应器。本研究主要包括对反应器的功耗、性能以及反应器在酯交换反应中的应用进行了研究。通过对反应器的功耗研究,考察了不同影响因素对反应器功耗的影响规律,获得了反应器功耗与转速、密度、粘度的关联式;对反应器的性能进行了研究,分别测定了停留时间分布(RTD)和反应器内分散相粒径,得到了反应器内流体的流动模型以及转速、温度、流量对反应器内分散相粒径大小的影响;在上述研究的基础上,采用大豆油与甲醇酯交换反应系统,对反应器的应用进行了初步研究。研究结果表明:(1)以大豆油-水体系为研究对象,对反应器的功耗进行了研究。实验考察了反应器转速、温度、流量对功耗的影响,得到以下结论:反应器的功耗随转速的增大而增大;功耗几乎不随流速的变化而变化;功耗随温度的升高而减小;获得了反应器功耗与转速、密度和粘度的经验关联式,并且与实验结果拟合度较好。(2)通过对反应器内分散相的索特尔平均直径(D_(32))进行考察,发现随着转速的提高,分散相中D_(32)有减小趋势,但当转速大于500 r/min时,分散相的D_(32)不会再随着转速的增大而减小;随着流体温度的升高D_(32)有增大趋势;在较低转速的条件下(200 r/min),分散相的D_(32)会随着混合时间的增大而减小,而在较高转速的条件下(500~2000 r/min),D_(32)并不会随着混合时间的增大而变化;分散相的比表面积在150000 m~2/m~3左右,远大于搅拌条件下的比表面积。(3)通过对反应器的停留时间分布的测定,发现反应器内流体的流动形式介于平推流与全混流之间;通过多级混合模型与轴向扩散模型可知,流体在反应器内轴向扩散较大,但是并未达到全混流的状态。(4)以大豆油-甲醇为原料,对酯交换反应在反应器中的应用进行了初步研究。研究结果表明:随着转速的提高,酯交换反应效果先提高后下降;随着醇油质量比的提高,酯交换反应效果先提高后下降;流量对酯交换反应效果基本没有影响。确定了其最佳工艺条件为:反应温度60℃,醇油质量比40:100,转速1500r/min,KOH用量1 wt%,流量160 mL/min,反应时间5 min,最终产物中脂肪酸甲酯质量分数达到85%。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ203.9
【部分图文】：

旋转式连续流动反应器的研究以及在酯交换中的应用研究了改良，但依然存在反应器内部浓度分布不均匀、反应器内部实现连续化生产等不足。因此，对于一些具有良好传热、传质研究越来越多。流反应器流反应器作为一种新型反应器，最早是由 Elperin[17]等人于 19利用两股或多股高速流体，以一定角度进行对冲，产生高湍动形成反向流、漩涡流等流体运动方式，使流体之间进行相互渗满足两个关键性条件，一是要通过撞击产生高度湍流动能散耗必须要流经该区域。目前撞击流反应器已经应用于纳米材料制取等工业操作中[18-20]。撞击流反应器主要有水平式撞击流、垂、切向两流式撞击流、异面切向四流式撞击流、同面切向式五

浙江工业大学硕士学位论文高、对流体粘度有十分严格的要求等不足，因此暂时无法做到大式反应器作为一种新型反应器，射流混合的思想在 1949 年第一次被 Fos工作原理为：高速运动的一种流体（第一流体）喷射到另一种静流体（第二流体）中，由于两种流体存在较大的速度差，流体之的剪切作用，从而产生大量旋涡，沿着第一流体流动的方向，旋四周流体受到射流卷吸作用，使第一流体和第二流体之间相互的目的。混合器主要有同轴射流混合器和侧面射流混合器两种。侧面射如图 1-2 所示。侧面射流混合器根据喷嘴数量分为单嘴射流混合器，单嘴射流混合器又叫 T 型混合器，是最简单也是最常用的混合过程一般分为两个阶段：侧面支流体形成高速射流；射流主混合器特别适用于流量较大、温差较大的流体混合，在过程工业

应器作为一种新型反应器已经被广泛应用，主要有直管式两种类型。管式反应器具有结构简单、换热效率高、内部无反应器是管式反应器中应用最为广泛的一种，其不仅具有且还具有节省占地面积等优点。弯管式反应器是将直管式，利用其弯曲的特点，使管内流体轴向进行无序运动，从而了传质效果。弯管式反应器中的流体运动不同于一般直管心力和粘滞阻力的影响，使流体湍动增强。除此之外，在直度梯度，并且这种速度梯度一般不会被打破，从而影响传器中由于运动方向不断改变，会产生二次流动从而消除速合，提高了传质和传热效果[28]。相较于直管式反应器，在面，弯管式反应器反应器的优势十分明显，并且由于内部不此雷诺数较大的流体也同样适用。反应器根据几何形状可以分为以下几类[29]：螺旋盘管、弯盘绕形弯管等，具体结构如图 1-3 所示。
【参考文献】

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本文编号：2840127