新型最大叶片式搅拌器用于工业规模反应器气液混合特性的数值模拟

以1.0%质量分数黄原胶溶液为研究体系,运用计算流体力学(CFD)方法对10 m~3工业规模搅拌釜内新型最大叶片式搅拌桨的气液混合性能进行了数值模拟,重点研究了新型最大叶片式搅拌桨在搅拌转速为42 r/min,五种通气量(0.27~0.35 vvm)下气液混合特性。结果表明:流体在新型最大叶片式搅拌桨作用下呈现一个整体大循环;在相同转速下,增加通气量,搅拌器单位体积功耗减小,气含率、气泡尺寸及气液传质系数呈不同增加趋势。     

新型同心双轴搅拌器功率与混合特性的数值模拟

基于同心双轴搅拌器的结构与运行特点,建立了兼顾其流动、混合过程的三维数学模型,并以过程工业应用较多的两种不同尺寸双层组合桨作为内桨、框式桨作为外桨构成的同心双轴搅拌器为研究对象,数值模拟了其在中高黏牛顿流体中同向及反向转动模式的功率特性、流场特性及混合特性。模拟结果表明,同向转动模式下,整个系统的搅拌功耗更小、混合效率更高;外桨功耗受内桨影响较大,一般随内桨转速的增大,恒速外桨的功耗同向转动时会减小、反向转动时会增大;对由桨式搅拌器构成的组合式内桨而言,当内桨直径与釜体直径之比为0.35左右时,相同Reynolds数下的单位体积混合能更小;中高黏牛顿流体中,同心双轴搅拌器的内桨采用上层六斜叶桨+下层六直叶桨的组合形式时更高效节能,仅在体系Reynolds数小于36时,上层二斜叶桨+下层二直叶桨的内桨组合形式才具有相对优势。     

新型大双叶片搅拌器功率与混合特性的数值模拟

针对过程工业体系特性复杂多变的特点,开发了新型大双叶片宽适应性搅拌器,并建立了描述其流动、混合过程的综合数学模型,模拟分析了搅拌釜内的功率特性、流场特性和混合特性。模拟结果表明:新型大双叶片搅拌器所形成流场中存在着上部叶片区域循环流、下部叶片区域循环流以及纵贯全釜的整体循环流;随体系黏度增加,新型大双叶片搅拌器所产生流场的轴向速度、径向速度和切向速度均波动趋缓,且仍保持良好的功率与混合特性,对流态和黏度具有宽适应性;对新型大双叶片搅拌器而言,近液面加料方式不利于整体混合,适宜的加料点应在上下叶片之间,以缩短混合时间;在消耗相同单位体积功率的前提下,新型大双叶片搅拌器较同尺寸规格的FZ搅拌器的混合效率更高,具有高效节能的竞争优势。模拟结果对改进和优化新型大双叶片搅拌器的结构与运行具有参考价值。     

双层搅拌器混合过程的数值模拟分析

ICP法测定液体油漆的重金属含量试验中,油漆各组分与酸溶剂的均匀混合非常重要。混合液体的均匀程度直接影响颜料的分离效果,进而影响重金属的含量。为此实验室参考稀土萃取液的搅拌设备,设计出一款适合混合油漆混合液体的搅拌器。缩短搅拌器混合液体的时间对整个实验检测效率的提高至关重要。利用计算流体动力学(CFD)的方法,对搅拌器混合油漆混合液体的过程进行计算机数值模拟。分析这种自制的搅拌器层间距的改变对混合时间的影响,为搅拌器的设计与改进提供理论指导和新思路。     

铁浴反应器多段侧吹混合特性数值模拟

在厚渣层铁浴熔融还原反应器水模实验的基础上,通过数值模拟的方法研究了双层侧枪在不同喷吹角度(40°, 45°, 50°)和不同水平插入深度(60, 120, 180 mm)条件下对熔池的搅拌情况的影响,通过水模型实验验证了数值模拟的准确性。通过观察气液两相流中熔池的流场以及示踪剂在熔池中的流动扩散情况,分析弱流区和死区的占比以及不同侧吹条件下的混匀时间,结果表明,侧枪水平插入角度对熔池搅拌的影响较水平插入深度更显著,侧枪的水平插入角度和深度影响熔池中产生的回旋流区域和回旋流个数,当侧枪水平插入角度越大,水平插入深度越深时,熔池中弱流区或死区的体积占比越小,越有利于熔池搅拌混匀。最佳的喷吹条件为上层喷吹角度50°及插入深度60 mm、下层喷吹角度50°及插入深度120 mm。研究了不同气流量对熔池混匀情况的影响,得出上下枪单支气流量分别为8.58和10.43 Nm3/h时,熔池的混匀时间最短。     

反向旋转卧式双轴捏合反应器混合特性的数值模拟

以差速反向旋转卧式双轴捏合反应器为研究对象,选用高黏牛顿流体糖浆为模拟物料,通过三维有限元数值模拟方法研究了高黏糖浆在捏合反应器中的流动过程,获取了流速和剪切速率的空间分布,进一步结合粒子示踪技术探究了分布混合过程与混合效率,并且考察了搅拌结构对流动与混合过程的影响规律。研究表明,捏合反应器中几乎不存在流动死区,桨叶末端和重叠区域的流速和剪切速率较高,且高流速和高剪切区域均随着捏合杆数目和捏合杆长度的增加而增大。捏合杆可以推动物料在圆周方向上的运动,在重叠区域存在周期性交互作用,进而可以强化分布混合过程。拉伸率随着混合时间以指数形式增加,且随着捏合杆数目和捏合杆长度的增加而增加。时均混合效率大于零,随着捏合杆数目的增大而增大,随着捏合杆长度的增加呈现先增大后减小的趋势。     

搅拌生物反应器混合特性的数值模拟与实验研究

以工程流体计算软件CFX-4.4为工具,对不同规模的机械搅拌生物反应器的混合特性进行数值模拟,研究了不同操作条件下反应器混合时间的变化规律. 采用pH电极在位监测[H+]的方法实验测定混合时间. 模拟结果与实验测定值之间的误差随反应器容积增大而逐渐减小,对容积为25 m3的反应器误差小于11.6%.     

超短接触旋流反应器混合腔内气固混合特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型对超短接触旋流反应器内的气固两相流场进行了数值模拟,主要研究了混合腔内固相的体积分数分布情况。计算结果表明：混合腔内的气流在切向进气的作用下得到了一定的混合加速效果,切向的高速射流有效地缩短了气固停留时间,保证短接触反应效果。通过对两种不同混合腔结构反应器的对比计算发现,在相同入口速度条件下结构2（切向进气管位于混合腔顶部）较结构1（切向进气管位于混合腔下部）气固停留时间短,由于切向气流的迅速作用,增加了混合腔内的湍动强度,使催化剂颗粒迅速有效扩散、增强气固接触效果而更有利于催化裂化反应的进行,更易实现短接触操作要求。计算结果与实验测量结果的比较表明模型能有效地描述超短接触旋流反应器内气固两相流动形态。     

卧式单轴捏合反应器流动与混合特性的数值模拟

选取卧式单轴捏合反应器为研究对象,搭建了一个可视化实验装置来研究其分布混合过程,并且通过三维有限元数值模拟方法和网格重叠技术获取了高黏牛顿流体在反应器中的流速分布、剪切速率分布与混合指数分布,进一步采用粒子示踪技术分析了全局与局部分布混合过程,对示踪粒子的运动轨迹进行统计分析得到了拉伸率与混合效率,并且考察了搅拌结构对流动与混合过程的影响。结果表明,实验与数值模拟结果吻合较好。捏合反应器中几乎不存在流动死区,搅拌轴上的动态捏合杆与搅拌槽壁面上的静态捏合杆之间存在周期性的捏合作用,可以强化自清洁性能、剪切作用、整体与局部分布混合过程、分散混合性能以及混合效率。拉伸率随着混合时间以指数形式增加,时均混合效率大于零。     

搅拌器内部流场数值模拟

搅拌操作是工业反应过程中的重要环节,搅拌混合设备在化学工业中担当着非常重要的角色,优化搅拌设备,提高其自动化、智能化水平对于保证搅拌质量、提高搅拌效率有着重要的现实意义。笔者以十字搅拌器和圆角十字搅拌器为研究对象,采用FLUENT软件对搅拌器进行数值模拟研究,分析其内部流场的流动变化情况。结果如下:(1)十字搅拌器的搅拌非常不均匀,速度变化很大,这对流体搅拌是非常不利的;(2)随着圆角半径增大,搅拌速度减小;(3)当圆角半径增大时,搅拌趋向均匀。     

聚合物溶解槽内双搅拌器流场特性的数值模拟

搅拌设备是目前海上油田实施聚合物驱油的配注系统的关键设备之一。利用计算流体力学方法对聚合物溶解过程采用翼型上推式搅拌器KCXU和锚式搅拌器MS的内外3种组合槽内流场进行了数值模拟,获得了搅拌器槽内的流场特性、循环流量及搅拌器的功率消耗。结果表明:在第1种混合状态时,KCXU搅拌器与转动的MS搅拌器组合时的流场变得更为复杂、无序。在第2,3种混合状态时,KCXU搅拌器与正转的MS搅拌器的组合形成的流场速度较大,加强了KCXU搅拌器的流动范围,并,且形成了最大的循环流量,其功率居中。     

激光法测定搅拌器的混合特性

一、前言 高粘度物料的混合所采用的搅拌器有双螺带、螺带螺旋、内外螺带、斜叶偏框和圆偏框等形式,为评选它们的性能,要测定它们的搅拌功率、混合时间及计算单位体积混合能耗大小。 混合时间的测定方法主要有电导法、热法、化学消色法等。测定高粘度物料的混合     

搅拌器混合特性及分散特性的研究

在精细化工、高分子化工等反应槽、混合槽中广泛采用互溶液体的混合及不互溶两相液-液分散的搅拌操作。有时这两种搅拌操作要在同一搅拌槽中进行。混合及分散的均匀程度将     

搅拌器在工业合成醋酸反应器中的应用

详细分析了工业合成醋酸反应器中的机械搅拌过程,描述了气液分散搅拌过程中搅拌桨叶的选择和计算。对醋酸反应器这样复杂的气-液反应混合过程,必须采用合适的机械搅拌器。目前采用最多的是径向流和轴向流相结合的多层搅拌桨叶组合形式的搅拌器。搅拌桨的计算和设计对保证醋酸反应中充分的气-液分散混合并达到良好的气-液传质过程十分重要。不同大小醋酸反应釜的搅拌器必须根据不同生产处理量和醋酸装置的工艺条件进行设计和选型。     

新型外循环厌氧反应器污泥沉降的数值模拟

结合EGSB及其它厌氧高效反应器的结构特征而开发的新型外循环厌氧反应器,在高上升流速下能有效控制污泥的流失,处理城市污水时获得了良好的效果。为了对新型外循环反应器的污泥沉降性能进行准确模拟和有效控制,利用质量平衡方程与颗粒污泥自由沉降理论,考虑沉降速率与浓度的关系,确定污泥沉降速率,从而建立了该反应器污泥沉降的弥散模型。对不同上升流速下的污泥浓度分布情况进行了模拟,其模拟结果与实测值吻合良好。然后纳入三相分离器分离效率（SE）的概念,实现了对出水SS的模拟,模拟数据的标准偏差小于6%。在确定污泥相对浓度的前提下,利用二次插值预测污泥层高度,结果表明不同上升流速的污泥层高度基本一致,但是同一高度不同上升流速的污泥浓度各不相同。     

组合桨搅拌器的宏观混合特性

分别以浓度为１％，２％，３％，３．５％的羧甲基纤维素溶液为实验，采用测温法，测定了正交双层三角桨－单螺带桨，正交双层三角桨－内外单螺带桨．锚式桨－三叶推进器．锚式桨－内外单螺带４种组合桨拌器的宏观混合时间，无量钢数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４综合评判了它们的宏观混合性能，实验证明，前２种组合桨搅拌器在不同流域内都使搅拌介质达到良好的宏观混合，且功率消耗低，混合效率高，具有明显的节能优势，对搅拌变粘度体系     

分子筛浆化罐采用摆动式搅拌器混合过程的数值模拟

对提高分子筛浆化罐混合效率而自行设计的摆动式搅拌槽试验装置进行了数值模拟.得到了不同加料位置和监测点处的混合时间数据.然后运用混合效率数这一指标对摆动式搅拌的混合效率进行了评定.结果表明:摆动搅拌混合效率视加料位置而定,自由液面处加料时要比六直叶圆盘涡轮桨的混合效率高,而桨叶下方加料时混合效率却要低;与三窄叶翼形搅拌桨相比,两种加料位置时的混合效率都要低.     

新型气升式环流反应器流场数值模拟

利用CFD软件ANSYS 14.0及欧拉-欧拉多相流模型,模拟了一种采用微孔曝气器的新型气升式环流反应器的气液两相流动,得到反应器内气含率和循环液速等参数的详细分布。模拟结果表明：新型气升式环流反应器的平均气含率与气量成正比关系;气量为2.5 m3/h时具有更高的循环液速。