鼓泡反应器的两相流模拟及过程强化

发布时间：2024-01-27 00:13

　　鼓泡反应器是一种重要的气液两相反应设备,本文以环氧丙烷生产工艺氯醇化工段鼓泡反应器的优化改造为背景,开展了鼓泡反应器的数值模拟研究,并提出在反应器中加入内构件以减小气泡聚并强化气液传质的新方法。本研究工作可以为开展反应器设计优化、开发新型高效反应器提供理论依据。主要工作如下:基于VOF方法的多相流模型和标准k-?湍流模型对鼓泡反应器进行了稳态的数值模拟计算,考察了进气速度、开孔直径对鼓泡反应器中气液两相流流动特性的影响。结果表明,反应器内气含率值随着表观气速的增大而增大;侧壁开孔直径大小决定了进入反应器内气泡的初始尺寸,开孔直径越大,初始气泡直径就越大,反应器内的聚并现象发生时间提前;根据反应器内气含率分布情况将鼓泡反应器分为“鼓泡段”、“混合段”“聚并段”,其中混合段区域气含率分布均匀,最有利于气液相间传质及反应的进行。研究还得出了三种不同进气速度下气相的射入深度分别为12mm、17mm和22mm,而相同进气速度条件下,四种开孔直径鼓泡反应器的射入深度均为12mm,说明了反应器内气相射入深度的大小主要受进气速度的影响,与反应器开孔直径大小无关。针对反应器内存在的气泡聚并导致气液相间接...

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
1 文献综述
    1.1 课题研究背景
    1.2 鼓泡反应器传递特性介绍
        1.2.1 鼓泡反应器主要结构
        1.2.2 鼓泡反应器结构型式
        1.2.3 鼓泡反应器的传递特点
        1.2.4 鼓泡反应器的流型
    1.3 国内外研究进展
        1.3.1 鼓泡反应器的实验研究
        1.3.2 鼓泡反应器的数值模拟研究
    1.4 CFD软件概述
        1.4.1 CFD简介
        1.4.2 CFD求解流程
    1.5 本文研究目的和内容
        1.5.1 本文的研究目的
        1.5.2 本文研究的主要内容
2 鼓泡反应器物理模型建立与数值模型选择
    2.1 鼓泡反应器三维几何模型
    2.2 三维几何模型网格划分
    2.3 网格无关性检验
    2.4 相间作用力
    2.5 边界条件
    2.6 数值求解和收敛准则
    2.7 模拟可靠性验证
    2.8 本章小结
3 进气速度对鼓泡反应器内两相流流动特性的影响
    3.1 模拟物系
    3.2 气含率分布
        3.2.1 轴向气含率分布
        3.2.2 径向气含率分布
    3.3 速度分布
        3.3.1 气相的射入深度研究
        3.3.2 径向速度分布
        3.3.3 轴向速度分布
    3.4 本章小结
4 开孔直径对鼓泡反应器内两相流流动特性的影响
    4.1 气含率分布
        4.1.1 轴向气含率分布
        4.1.2 径向气含率分布
    4.2 速度分布
        4.2.1 气相的射入深度研究
        4.2.2 径向速度分布
    4.3 本章小结
5 鼓泡反应器过程强化的数值模拟研究
    5.1 建立鼓泡反应器三维几何模型
    5.2 网格划分
    5.3 模拟物系
    5.4 模拟结果与讨论
        5.4.1 径向气含率分布
        5.4.2 轴向气含率分布
        5.4.3 径向速度分布
    5.5 本章小结
6 鼓泡反应器的实验研究
    6.1 实验装置
    6.2 实验流程介绍
    6.3 实验测试设备
    6.4 实验结果与讨论
        6.4.1 鼓泡反应器内整体气含率
        6.4.2 破泡装置对鼓泡反应器中气泡尺寸的影响
    6.5 本章小结
7 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的主要研究成果



本文编号：3885950