基于sk型静态混合器与喷射混合器的cfd模拟研究

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1、青岛科技大学硕士学位论文SK型静态混合器与喷射混合器的CFD模拟研究姓名：刘涛申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：郑世清20090602SK型静态混合器与喷射混合器的CFD模拟研究摘要静态混合器是一种新型化工单元设备，优点为分散效果好、占地面积小、操作成本低、维修简单等；喷射混合器是一种具有高强度混合效果的混合器，优点为混合强度高、改善浓度及温度分布等。与传统混合机械不同，二者均没有机械动力装置，能耗大大降低，且适用范围广，可用于物料的掺混、传质、传热及制备乳液、悬浮液等。近年来，喷射混合器在某些场合还作为反应器来使用，例如催化加氢及青霉素的生产等。国

2、内对静态混合器和喷射混合器的研究尚处于初始阶段，方法上多以实验研究为主，受实验条件限制，不能获得混合器内部详细的流场和浓度信息，只能从宏观上评价混合器的性能，不能直接用来优化设计新的混合器。近年来，已有应用CFD方法对静态混合器和喷射混合器研究，但这些研究只从宏观角度对两者的性能进行考察，没有考虑微观混合对过程的影响。本文运用CFD方法对SK型静态混合器和喷射混合器内的液．液多尺度混合过程进行模拟研究，通过建立混合器内混合效果的评价指标，考察操作条件和设备参数对混合效果及压降的影响。采用纯水、乙醇胺和苯胺盐酸盐溶液三种体系分别对SK型静态混合器与喷射混合器进

3、行对比研究。CFD方法模拟结果表明：(1)长径比e越小、混合元件个数越少、流体雷诺数越小，SK型静态混合器的压降就越小，混合元件多于6个时单元压降值显著增加：(2)长径比P越小、雷诺数越高，SK型静态混合器的混合效果越好；(3)喷射混合器压降随着主流流速的增大而显著增大，引射流速对压降的影响没有主流流速显著；(4)主流流速增加有利于喷射混合器内流体的混合，引射流体流速增加对喷射混合器物料流体的混合不利。采用纯水、乙醇胺和苯胺盐酸盐溶液三种体系对SK型静态混合器与喷射混合器进行对比研究，结果表明：(1)压降：体系粘度对喷射混合器的影响要高于对SK型静态混合器，

4、后者更适宜处理粘度大的物系。相同条件喷射混合器的压降大约是SK型静态混合器压降的几十倍，故后者能耗要低得多，更适合大流量物料的混合；(2)混合时间：雷诺数Re<2000时SK型静态混合器的混合时间随着流量的增加而增加，Re>2000时正相反；低雷诺数时混合时间要比高雷诺数时长很多。喷射混合器的混合时间随着主流流速增加而逐渐变短，提高主流流速能够显著缩短喷射混合器的混合时间；(3)对于SK型静态混合器与喷射混合器，两者的微观混合长度厶都大于宏观混合长度Lm，说明微观混合是流体混合过程的控制步骤。最终给出的中试装置乙醇胺反应体系的SK型静态混合器与缩合中试装置苯

5、胺／甲醛喷射混合器关键参数的优化设计。目前乙醇胺实验装置正在准备，本文设计的喷射混合器经中试应用验证，达到预期要求，中试装置运转良好，为MDA工业生产装置的设计奠定了基础。关键词：静态混合器喷射混合器计算流体力学(CFD)数值模拟宏观混合微观混合nSTUDYONSIMU【，ATIONOFSKSL气TICMIXERANDJETMIXERBYCFDTECHNIQUEABSTRACTThestaticmixeriSanewstylechemicalunitfacilityandthemeritsarewelldispersioneffect，smallfloora

6、rea，lowrunningcostandliabletomaintenance．Thejetmixerisahight—intensitymixingeffectmixerandthemeritsarehight·intensitymixingeffectandannealingforconcentrationandtemperaturedistilbution．Contrastofconventionalmixingmachine，neitherofthemneedsmechnicalpowerplant．Sobomofthemsaveenergyand

7、scopeofapplicationiswideformiscibility,masstransfer,heattransferandpreparinglatexandsuspendingliquid．Recentlyjetmixerhasbeenusedasreactoratsomesituation，suchashydrobon，producingpenicillinandSOon．DomesticresearchiSininitialstageabouttheSKstaticmixerandietmixerandprimarymethodisexper

8、imentalmethodology．Tlliswa