新型卧式双轴反应器的CFD模拟与传质研究

发布时间：2021-02-18 14:19

　　随着聚合反应的进行,体系的粘度越来越高。当体系的粘度达到上百帕秒时,反应器内部的流动与混合将会变得极其困难,温度分布也不均一,导致局部过热和暴聚现象,最终影响产品的质量。因此研究和开发出一种面向高粘聚合过程的高效反应器是十分有必要的。卧式双轴自清洁类的反应器混合效率高,能够通过自清洁作用解决高粘物附着在器壁和桨叶上的问题,并且相比于双螺杆挤出机具有更大的有效反应空间。这种反应器能够解决高粘聚合过程存在的诸多难题,应用前景十分广泛。本文提出了一种新型的卧式双轴自清洁反应器,研究了反应器内部的流动、混合、剪切与拉伸特性,考察了体系容积传质系数与搅拌转速、物料粘度、装液量之间的关系,分析了不同粘度下桨叶结构对成膜和传质特性的影响。论文取得了以下研究成果:提出了一种带有沿径向分布双层捏合棒的卧式双轴自清洁反应器。采用MATLAB数学建模和SOLIDWORKS三维运动仿真研究了反应器中桨叶的运动轨迹,并考虑相邻两捏合棒之间发生机械干涉的可能性。当反应器运转时,相邻两捏合棒互相捏合,可以起到较好的自清洁效果;同时由于双层捏合棒的交错排布,可减小轴的体积与质量,增大了反应器内部的有效反应空间,使得该... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
主要符号说明
第1章 绪论
第2章 文献综述
    2.1 高粘流体搅拌混合设备应用现状
    2.2 高粘混合设备概述
        2.2.1 立式搅拌混合设备
        2.2.2 双螺杆挤出机
        2.2.3 卧式搅拌混合设备
    2.3 CFD在混合设备中的应用
        2.3.1 计算流体力学概述
        2.3.2 混合过程的CFD数值模拟研究
        2.3.3 反应过程的数学描述与建模
        2.3.4 反应挤出的CFD数值模拟研究
    2.4 课题的提出和研究思路
第3章 新型卧式双轴反应器的叶片设计
    3.1 卧式双轴反应器的结构与工作原理
    3.2 卧式双轴反应器运动轨迹分析
    3.3 卧式双轴反应器的实体建模与干涉检查
        3.3.1 清洁轴上最外层捏合棒运动轨迹曲线
        3.3.2 三维实体建模
        3.3.3 运动干涉检查
    3.4 小结
第4章 新型卧式双轴反应器流动与混合的CFD模拟
    4.1 引言
    4.2 流动场建模
        4.2.1 控制方程
        4.2.2 网格重叠技术
        4.2.3 有限元模型
    4.3 混合参数
        4.3.1 混合过程的模拟方法
        4.3.2 分离尺度
        4.3.3 集群分布指数
        4.3.4 李雅普诺夫指数
        4.3.5 瞬时混合效率与时间平均混合效率
    4.4 数值模拟验证
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 分布混合
        4.5.2 颗粒轨迹与停留时间分布
        4.5.3 分散混合
        4.5.4 拉伸与混合效率
    4.6 小结
第5章 新型卧式双轴反应器传质特性实验研究
    5.1 引言
    5.2 实验内容
        5.2.1 实验装置
        5.2.2 实验原料
        5.2.3 容积传质系数测量方法
    5.3 实验结果与讨论
La与装液量的关系">        5.3.1 K_La与装液量的关系
La与搅拌转速的关系">        5.3.2 K_La与搅拌转速的关系
La与桨叶结构的关系">        5.3.3 K_La与桨叶结构的关系
    5.4 成膜分析
    5.5 小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介与攻读硕士学位期间主要研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物反应挤出过程数值模拟进展[J]. 叶阳,成文凯,王嘉骏,顾雪萍,冯连芳.  高分子通报. 2018(09)
[2]Numerical simulation of micromixing effect on the reactive flow in a co-rotating twin screw extruder[J]. Hao Tang,Yuan Zong,Ling Zhao.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(09)
[3]聚氨酯反应挤出过程的数值模拟[J]. 唐豪,宗原,赵玲.  华东理工大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]计算流体力学在化学工程中的应用[J]. 王伟.  黑龙江科技信息. 2016(08)
[5]Cam转子密炼机混沌混合特性影响因素分析[J]. 陈立,程志飞,李维恒,朱向哲,何延东.  塑料工业. 2015(01)
[6]卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析[J]. 严宏志,李新明,吴波,徐海良.  中南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[7]适用于高黏度流体的卧式双轴搅拌装置数值模拟及用于再沸器时的实验[J]. 冯惠生,刘叶凤,单纯,徐菲菲,杨腾,夏明明,韩金玉.  化工进展. 2011(S2)
[8]双螺杆挤出机螺杆特性及其应用[J]. 杨华明.  中国制造业信息化. 2011(09)
[9]自由基聚合反应挤出过程的化学流变分析[J]. 贾玉玺,张国芳,孙胜,赵国群,安立佳.  高分子学报. 2007(12)
[10]高黏度流体混合研究进展[J]. 焦海亮,包雨云,黄雄斌,施力田,王艳.  化工进展. 2007(11)

博士论文
[1]聚对苯二甲酰对苯二胺缩聚反应挤出过程的三维数值模拟[D]. 唐豪.华东理工大学 2016

硕士论文
[1]卧式单轴自清洁搅拌釜数值模拟[D]. 单纯.天津大学 2013



本文编号：3039672