高粘卧式脱挥反应器实验研究和数值模拟

发布时间：2021-04-24 02:42

　　聚碳酸酯生产过程中会产生苯酚、水等副产物,必须及时将副产物脱除来保证缩聚反应的正向进行,小分子脱除的过程被称为脱挥。脱挥设备作为脱挥工艺的载体,选择合适的脱挥设备会加快脱挥效率,卧式圆盘反应器便是脱挥设备中典型的代表。本文以高粘卧式脱挥反应器的开发为背景,利用镂空圆盘桨研究了不同操作条件下反应器内功率特性、流动特性、成膜特性的变化规律。拟合了无因次化功率准数、液膜厚度关联式,提出了高粘卧式脱挥反应器的优化操作参数。同时使用Fluent建立了高粘卧式脱挥反应器的CFD模拟算法,研究了反应器内的成膜特性、剪切流场特性、界面流动特性,并得到了转速、粘度、液位对其影响规律。实验结果表明:（1）功率P随叶端线速度u、物料粘度μ、装料量f的增加而变大,拟合了功率准数无因次关系式。（2）圆盘转动过程符合抽出、压入模型;转速过高时,圆盘上液膜会破裂,存在最大成膜转速。（3）持液量随叶端线速度u、物料粘度μ的增加而变大;持液量随液位高度H的升高先增大后减小,最大持液量出现在中间液位。μ=860Pa·s时,最大持液量出现在f=0.296。（4）膜厚δ随叶端线速度u、物料粘度μ的增加而变大;膜厚δ在不同相位... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：125 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 文献综述
    1.1 聚合物脱挥
        1.1.1 聚合物的脱挥过程
        1.1.2 聚合物的脱挥机理
        1.1.3 脱挥传质过程的强化
    1.2 脱挥设备
        1.2.1 捏合反应器
        1.2.2 笼式反应器
        1.2.3 卧式圆盘反应器
    1.3 卧式圆盘反应器研究进展
        1.3.1 搅拌功率特性的研究
        1.3.2 流型特性的研究
        1.3.3 成膜性和持液量的研究
    1.4 卧式圆盘反应器CFD研究进展
        1.4.1 流动特性的研究
        1.4.2 表面更新速率的研究
        1.4.3 成膜特性的研究
第二章 实验装置和测试方法
    2.1 实验装置
    2.2 测试仪器及方法
        2.2.1 功率测量
        2.2.2 成膜特性测量
        2.2.3 流变测量
    2.3 实验物料
    2.4 实验流程
第三章 卧式反应器实验结果分析
    3.1 功率特性研究
        3.1.1 功率与转速的关系
        3.1.2 功率与粘度的关系
        3.1.3 功率与液位的关系
        3.1.4 功率准数与雷诺数关系
        3.1.5 功率准数与弗劳德数关系
        3.1.6 功率准数与装料量的关系
        3.1.7 功率准数关系式
    3.2 流动特性研究
        3.2.1 圆盘表面运动流型
        3.2.2 镂空圆盘桨抽出模型
        3.2.3 镂空圆盘桨进入模型
        3.2.4 最大成膜破裂转速
    3.3 持液量研究
        3.3.1 持液量与转速的关系
        3.3.2 持液量与粘度的关系
        3.3.3 持液量与液位的关系
    3.4 成膜特性
        3.4.1 液膜厚度与转速的关系
        3.4.2 液膜厚度与粘度的关系
        3.4.3 液膜厚度与液位的关系
        3.4.4 镂空圆盘上液膜周向分布规律
        3.4.5 镂空圆盘外液膜周向分布规律
        3.4.6 膜厚关系式
    3.5 本章小结
第四章 卧式反应器数值模拟结果分析
    4.1 控制方程和数学模型
        4.1.1 控制方程
        4.1.2 数学模型
    4.2 模拟方法
        4.2.1 多相流模型
        4.2.2 转动模型
        4.2.3 离散方法
    4.3 数值模拟策略的对比研究
        4.3.1 模型建立和模拟方法的选择
        4.3.2 流域内不同轴向长度的对比研究
        4.3.3 运动单参考系和滑移网格的对比研究
        4.3.4 设置刮刀的对比研究
    4.4 不同操作条件下数值模拟结果分析
        4.4.1 模拟条件的设置
        4.4.2 圆盘反应器流场特性的分析
        4.4.3 圆盘反应器成膜特性的分析
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
导师和作者简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国聚碳酸酯生产工艺及市场前景[J]. 王忠华.  乙醛醋酸化工. 2019(04)
[2]聚碳酸酯的需求与市场分析[J]. 李博文.  化工管理. 2019(07)
[3]聚合物高效脱挥技术进展[J]. 奚桢浩,仇枭逸,赵玲.  化工进展. 2019(01)
[4]生物转盘表面液膜流动特性数值模拟[J]. 喻江,姬海宏,朱跃.  化学反应工程与工艺. 2016(06)
[5]圆盘反应器流场数值模拟[J]. 邓斌,戴干策.  化学反应工程与工艺. 2015(03)
[6]圆盘反应器液膜表面更新数值模拟[J]. 邓斌,戴干策.  化工学报. 2015(04)
[7]聚酯缩聚工艺及反应器优化分析[J]. 黄志恭.  合成纤维工业. 2003(04)
[8]笼式反应器的功率特性[J]. 周贤爵,戴干策.  化工学报. 2002(03)
[9]笼式反应器中的流动与混合特性[J]. 周贤爵,戴干策.  高校化学工程学报. 2002(01)
[10]卧式双轴T型搅拌器在非牛顿流体中的搅拌功率特性[J]. 冯连芳,赵轶,顾雪萍,王凯.  化学反应工程与工艺. 2000(04)

博士论文
[1]卧式双轴搅拌脱挥设备的成膜特性与传质过程强化[D]. 成文凯.浙江大学 2019

硕士论文
[1]熔融酯交换法合成聚碳酸酯缩聚工艺的研究[D]. 戢子龙.华东理工大学 2013
[2]D-T型卧式双轴搅拌装置的数值模拟[D]. 杨腾.天津大学 2010



本文编号：3156518