偏心空气射流双层桨搅拌反应器流场结构的分形特征

搅拌槽内流场分为混沌混合区和隔离区。为提高搅拌槽内流体的混合效率、降低搅拌过程的能耗,调控流场结构特征是重要的途径。结合图像处理软件,实验研究了偏心空气射流双层桨搅拌槽内空气-水体系的流场结构分形维数的变化规律。实验结果表明,流场结构分形维数受搅拌转速和空气流速的共同作用;偏心空气射流能改变流场结构分形维数,使流体混沌混合特性增强;机械搅拌转速增大,能改变射流场的拟序结构,提高气液混合效率。     

双层桨搅拌槽内部流场的实验研究

运用计算流体动力学（CFD）方法对双层桨搅拌槽内部流场进行数值模拟。考察了流体在不同桨叶类型、不同桨叶间距对搅拌槽内宏观流动场的影响。研究发现：流体在桨叶间距为150 mm的双层桨内部流场流动效果好。在此间距的基础上得出流体在六圆盘上斜叶桨的搅拌槽内比六圆盘直叶桨搅拌槽内混合效果好。     

6种常规搅拌器的剪切性能研究

不同搅拌工况下剪切性能的需求是选用搅拌器的一个重要指标,文中基于对常规的6种搅拌器流场的CFD模拟,计算了搅拌器各自的剪切性能量纲一数C_3,分析了搅拌流场中剪应力的累计概率分布及统计平均结果。二者对比发现:从宏观平均效果上看,搅拌器剪切性能满足直叶桨>斜叶桨,圆盘涡轮>开启涡轮>桨式;而剪应力极大值影响作用则是直叶圆盘涡轮>斜叶圆盘涡轮>直叶桨式>斜叶开启涡轮>直叶开启涡轮>斜叶桨式。因此,对剪切作用敏感的搅拌过程,在采用常规的搅拌器剪切性能评价的基础上,还需要充分考虑搅拌流场中剪应力极大值的影响,合理选用搅拌器。     

2-甲基-3-丁烯-2-醇合成3-甲基-2-丁烯-1-醇

[目的]2-甲基-3-丁烯-2-醇是异戊二烯间接皂化法生产3-甲基-2-丁烯-1-醇过程中产生的副产物,废物回收再利用是节能减排的有效措施.[方法]2-甲基-3-丁烯-2-醇经氯化、酯化和皂化得到3-甲基-2-丁烯-1-醇.[结果]结果表明:在优化条件下,氯化反应的产率可达87.25％,酯化和皂化反应的产率可达84.53％.[结论]该方法是2-甲基-3-丁烯-2-醇再利用的有效方法.     

氨碱法蒸馏系统300 m3预灰桶搅拌桨流场数值模拟分析

氨气蒸馏是氨碱法生产纯碱的重要工序，其中预处理设备预灰桶的搅拌混合效果会直接影响蒸氨效率。因此，系统研究预灰桶内的流场分布，对纯碱工业的发展具有一定现实意义。基于流体力学对预灰桶内流体流动情况进行了计算，分析了工业常用吊链式搅拌桨预灰桶内流场分布。吊链式搅拌中流体以切向流为主，混合效果差。进一步对预灰桶搅拌桨叶进行了选型，分析了斜叶桨、六斜叶圆盘涡轮桨和六直叶圆盘涡轮桨3种桨型以及不同搅拌层数的流场分布，结果表明双层六斜叶圆盘涡轮桨混合效果最好。研究结果对氨碱法制碱工业中预灰桶搅拌设备的选型和设计提供了参考。     

射流喷射器在光氯化反应上的应用

针对传统氯化反应器搅拌强度低、混合效果差、氯气利用率低的缺点,提出了采用射流式气体分布器和射流式废气引流器强化氯化反应的混合效果,提升氯气利用率。     

疏水缔合聚丙烯酰胺溶解槽内流动特性的数值模拟

将疏水缔合聚丙烯酰胺AP-P4溶解过程划分为三种混合状态(搅拌槽中刚加入聚合物颗粒、溶胀刚结束和溶解完成),并采用计算流体力学方法分别对采用二斜叶桨式搅拌器XJD和新型翼型上推式搅拌器KCXU时溶解聚合物AP-P4的三种混合状态的流动进行了数值模拟,获得了两种搅拌器槽内的流场特性和XJD、KCXU搅拌器不同状态时的循环...     

新型搅拌器结构设计及其关键参数对性能的影响

设计了一种新型带包圈型六叶平直叶桨式搅拌器,建立其结构和流场模型,利用数值模拟方法对搅拌容器内部的固-液两相流场进行模拟计算,通过分析液相速度矢量图和固含率云图,研究关键参数对新型搅拌器的性能影响.结果 表明:搅拌器包圈高度、搅拌转速、安装高度和桨叶直径对搅拌器的混合效果具有重要影响,在搅拌器选型和搅拌器工作时,选择合...     

异戊二烯与氯化氢控制加成合成1-氯-3-甲基-2-丁烯

文中应用CuCl和醋酸组成的催化剂考察了异戊二烯与HCl控制加成生成1-氯-3-甲基-2-丁烯的影响因素,确定了采用L16(45)正交试验表的试验方案,通过正交试验得到的最佳工艺条件为:醋酸0.5 mL、CuCl 0.10 g、无溶剂、10℃下进行反应,5 mL异戊二烯在该条件下反应4 h,异戊二烯的转化率和1-氯-3-甲基-2-丁烯的选择性分别为93.32%和85.83%。该反应过程可能有烯丙基化合物生成,控制该化合物的生成方向是获得1-氯-3-甲基-2-丁烯较高选择性的关键。同时也发现,反应开始时HCl的通入速度低于2 mL/min,可以减少二氯产物的生成;当异戊二烯转化率接近90%时,应停止通HCl,并用氮气置换,可以提高1-氯-3-甲基-2-丁烯的选择性。     

6种常规工业搅拌器的效能相似分析

通过CFD模拟技术,预先建立搅拌器模型并完成网格划分,采用MRF(多重参考系法)处理旋转桨叶与静止槽壁之间的相互作用,应用Fluent模拟常用搅拌器内部流场,获取相应流动量化信息。基于相似理论,研究不同尺寸和规格搅拌桨的效能,获得各搅拌器性能参数之间的关系,研究表明:同类型桨,增加搅拌器直径或转速,其功率损耗也会增大;所得功率准数与雷诺数关系的拟合经验公式与模拟值吻合效果良好,可以用来预测不同雷诺数下对应的搅拌器功率准数值;而不同类型搅拌桨,在所研究的雷诺数取值范围内,斜叶式的排出流量准数始终高于直叶式,但当雷诺数对数值大于7.28后,最终排列结果变为二斜叶桨式>四斜叶开启>六斜叶圆盘>二直叶桨式>六直叶圆盘>四直叶开启。     

偏心射流-刚柔组合桨搅拌器内混沌混合行为研究

搅拌反应器内普遍存在混合隔离区,是实现高效混合的一大障碍。流场耦合诱发流体的混沌现象,可减少混合隔离区,提高流体混合效率。结合Matlab软件,探究偏心空气射流-单层刚柔组合桨体系的混合行为演变规律,对比分析了不同偏心率下桨叶类型、桨叶离底高度、空气射流量以及转速对流体混沌混合的影响。结果表明,刚柔组合桨通过其自身刚-柔-流的多体运动与偏心空气射流的流场耦合,破坏了流体混合过程中出现的对称性流场,使更多的流体进入混沌状态。刚-柔组合桨（RF-RDT、RF-IRDT）比刚性桨（RDT、IRDT）的LLE值大,其中RF-RDT相比于其他3种类型的搅拌桨（IRDT、RDT、RF-IRDT）,其LLE值分别提高了约42.8%,27.0%、6.9%;空气射流的偏心率等于0.6时,其最大LLE值相比于其他偏心率（0.8、0.4、0.2、0）,依次提高了6.5%、2.4%、17.6%、25.1%。该研究结果可为刚柔组合桨的优化设计提供理论依据。     

圆盘涡轮式桨叶对搅拌槽混合特性影响的CFD研究

利用CFD 技术对圆盘涡轮式搅拌槽内的浓度场进行数值模拟研究,主要考察了常见的平直桨叶（90°）、斜桨叶（60°和45°）的安装位置对混合时间θm、单位体积混合能Wr和浓度标准差σ的影响。在标准安装高度的平直桨叶下,对槽内速度进行分析,得到的数据与实验值非常吻合。研究表明：圆盘涡轮式桨叶由标准安装高度降低时,搅拌槽内的流型由径向流转变为轴向流,并且90°、60°和45°的转变为轴向流的相对安装高度（C/H）分别为0.20、0.233和0.267;混合时间是由槽内顶部和底部检测位置决定的;桨叶的标准相对安装高度（C/H=1/3）并不是混合性能最优的位置,针对90°、60°和 45°三种倾角的桨叶,在相对安装高度分别为0.213、0.267和0.320时的搅拌混合性能最佳;综合考虑省时、节能和混合均匀性的因素,倾角为45°的桨叶最佳,60°的桨叶次之。     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C ₁、桨间距C ₂以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明：当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明：二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

Modeling of the 3D hydrodynamics of 2-blade impellers in stirred tanks filled with a highly viscous fluid

This paper deals with mixing in stirred tank reactors by paddle agitators and two-blade impellers with different blade widths. Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to solve the 3D hydrodynamics and to obtain at every point the flow patterns, the stress components and the viscous dissipation function. From the latter information, the power consumption is calculated. These results are compared with available experimental data: good agreement is observed. For example, for a paddle agitator, the flow is essentially plane far away from the horizontal walls. That means that, in order to create an axial circulation in the volume of the tank, the impeller height has to be decreased. This work documents the ability of CFD to model changes in flow patterns for three dimensional flows in stirred tanks.     

三轴搅拌釜不同桨径比下固-液悬浮特性的数值模拟

利用FLUENT软件对不同桨径比下立式三轴搅拌釜内单相和固-液两相混合过程分别进行三维数值模拟,对流场分析可知增大桨径比能改善立式三轴搅拌釜内流场的结构。利用修正速度判据得出不同桨径比下搅拌釜的临界悬浮转速,并通过计算临界悬浮转速下的搅拌功率,初步得出立式三轴搅拌釜桨径比的最佳取值范围在0.1～0.125之间。     

一种连续流反应器内射流耦合搅拌流的混合特性

连续式搅拌反应器采用连续化工艺,可以保证生产过程的连续性,相较于传统反应器而言,连续式反应器内流场更复杂,进料口射流对于流场的影响较为明显。对传统的双层搅拌桨结构的微波反应釜进行连续化改造,基于计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对不同射流方案下反应器内醇油混合液的流动及混合特性进行了数值模拟,得到反应器内混合液的流动特性和混合时间特征。结果表明：射流通过直接影响射流区的流场和改变反应器内的循环涡流位置间接影响全局流动;射流方向对于反应器内流型影响更大,逆时针射流时反应器内的速度梯度大,流体之间的剪切作用更强,混合性能最佳,相较于传统的间歇式搅拌反应器,混合时间缩短了33%。     

Novel bioreactor design for the culture of suspended mammalian cells. Part I: Mixing characterization

Mammalian cells are extremely sensitive to mechanical stress. Ideally, a bioreactor design for mammalian cell culture should assure adequate mixing at low mechanical stress. This paper focuses on the mixing characterization of a novel stirred tank bioreactor configuration, proposed for the culture of mammalian cells, based on the principle of displacing the agitation shaft to an eccentric position and replacing the impellers normally used for mammalian cell culture with a disc impeller with no blades. Experiments in a 1.0 L prototype are conducted to study flow patterns using UV light visualization techniques. Three different impeller shaft positions are tested E=0.0,0.21, and 0.42. For the purposes of this work, eccentricity (E) is defined as the distance between the shaft and the vertical centerline of the tank/tank radius. The mixing performance of two different impeller disc diameters (3.0 and 5.0 cm) are compared. Experimental results show that adequate mixing conditions are achieved at very low Re numbers for some of the eccentric cases considered. Computations are used to illustrate mixing improvement caused by eccentricity, and to validate the existence of globally chaotic conditions for the eccentric cases tested experimentally.     

偏心搅拌反应器内的液相混合行为

利用先进的无干扰流场测试手段——平面激光诱导荧光技术(PLIF),对斜叶桨搅拌反应器内的液相混合过程进行高精度定量可视化。对比了中心搅拌和3种不同偏心率下的偏心搅拌混合行为,引入参数混合均匀度和均匀混合时间定量描述测量平面的示踪剂浓度分布。研究发现,偏心搅拌过程由于破坏了流场的对称性,比中心搅拌能更快达到均匀混合。反应器内局部混合存在差异,偏心搅拌中不同监测点达到均匀混合时间差异较小,体现了偏心搅拌在液相混合中的优势。     

PIV在化工搅拌釜内流动测量中的应用

着重探讨了新一代全场光学测速技术——粒子图像速度场仪(PIV)在搅拌混合实验中的应用,指出PIV及其衍生的测速技术在搅拌混合实验研究中具有广泛应用前景。PIV流场测量结果兼具很高的空间分辨率和时间解析度,可以得到搅拌釜中混合流体的瞬时2D或3D速度场以及浓度场等信息,进行非定常湍流特性研究,有助于建立搅拌釜内多相流动模型,揭示搅拌混合作用机理,优化搅拌桨型设计,促进搅拌混合技术的进一步发展。