改进CBY桨搅拌釜内单相流体流动与传热特性研究

使用计算流体力学软件FLUENT(V6.3)对自行设计的开槽式翼型搅拌桨—CBY-H桨搅拌釜内单相体系的流动性能进行了数值研究,采用多重参考系法(MRF)和RNG k-ε湍流模型模拟搅拌釜内液体的流动情况,并将研究结果与标准的CBY桨的轴流特性进行了对比。结果表明,CBY-H桨可提高流体轴流循环性能,在桨叶下方和桨叶区流体的轴向速度比CBY桨大,高速运动的流体区域覆盖范围更广,釜内速度分布更均匀。同时CBY-H桨消耗的功率低于CBY桨,节能18.4%。论文还进行了传热实验研究,发现CBY-H桨的釜内对流传热系数略大于CBY桨,获得了传热系数Nu的关联式。     

基于CFD模拟的强放热反应釜盘管空间排布的优化设计

含能化合物的制备因反应条件苛刻、放热剧烈、易失控而对反应釜传热性能有较高的要求。设计强放热反应釜盘管时,通过减小管间隙和降低安装高度可以增大釜内传热面积,但会阻碍釜内物料的流动,对物料的整体循环不利。今结合某800 L强放热反应釜的设计,利用计算流体力学软件FLUENT对盘管排布较密集,且物料不能浸没全部盘管的工艺条件进行了数值模拟,采用多重参考系法(MRF)和标准k-ε湍流模型考察了盘管管间隙和离底高度对釜内流动情况的影响。结果表明,对所研究的800 L反应釜,在物料不能浸没全部盘管的工况下,管间隙大于等于10 mm,离底高度大于等于75 mm时,盘管空间排布的变化对釜内流动状况的影响较小。根据本研究结果设计的800 L反应釜已用于某强放热反应的生产,运转状况良好。     

基于本质安全的硝化反应釜的概念设计

硝化反应过程广泛应用于国防工业中高性能含能材料的合成,但其具有放热量大,放热速率快,反应易发生失控,硝化产物多易燃易爆的特性,所以硝化反应釜的合理设计非常重要。今将化工过程本质安全设计中的强化、最小化、提高可靠性、限制影响原则应用到硝化反应釜设计中,以降低反应热危险,达到减少危险发生概率,提高反应釜本质安全特性的目标。通过参考常规设计手册并结合硝化反应的特殊性及工程经验,提出了硝化反应釜设计的推荐流程。重点对反应釜中的搅拌系统进行了分析研究,结合流体力学软件FLUENT模拟,通过优化搅拌桨的桨径、组合方式及安装位置来强化釜内流体流动,并对硝化反应釜中常用的四斜叶桨(PBTD45)的径向及轴向影响范围进行了讨论,给出了选择搅拌桨桨径的方法,提出了一些与常规设计经验相比更加细化的设计参数。该研究结果对硝化反应釜的优化设计有较好的参考价值。