探析对甲酚熔融结晶分离工艺及其cfd模拟研究

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1、天津大学硕士学位论文对甲酚熔融结晶分离工艺及其CFD模拟研究姓名：邬俊申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：李鑫钢20070601摘要对甲基苯酚是一种重要的有机化工原料，以它为起始原料进一步深加工，可得到一系列衍生物。对甲基苯酚及其衍生物在医药、农药、染料、香料、化妆品、食品及高分子材料等领域中应用十分广泛。近年来，国际国内市场对高纯度的对甲酚需求逐年上升，因此粗对甲酚的分离精制就显得尤为重要了。目前应用最为广泛的分离精制高纯对甲酚的方法是分步熔融结晶法。同时，在基本的熔融结晶基础上，为提高熔融结晶的效率，还不断开发出新的操作工艺，其中最为突出的就是结晶过程中的弹状脉冲式鼓泡操作。本文首

2、先在前人研究的基础上设计搭建了实验装置，按照静置、连续通气、脉冲式通气三种实验操作条件分别进行对甲酚的熔融结晶实验。通过对实验结果的比较分析，得出了几种操作条件的优劣。在实验的基础上，本文进一步利用新兴的流体力学研究方法一计算流体力学(CFD)，对脉冲式鼓泡操作引起的气．液两相流动进行研究。从流动形态上分析，脉冲式气泡在对甲酚熔体内的上升运动属于比较典型的活塞流。根据这一特性，本文进行合理的简化假设，以基本的两相流和湍流模型为基础建立了适合本流动体系的数学模型。利用CFD模拟软件Fluent按照建立的数学模型对氮气．对甲酚熔体两相流动进行数值模拟计算。通过对模拟计算结果中相含率分布、动压力场

3、以及速度场的分析，从理论上定性地解释了脉冲式通气形成的弹状气泡流对熔融结晶过程产生的有利影响。同时也提出了进一步研究的可能性。关键词：对甲酚熔融结晶弹状气泡脉冲式鼓泡计算流体力学ABSTRACTP-cresolisanimportantorganicchemicalrawmaterial．Beingfurtherprocessed,itcouldproduceaseriesofderivatives．P·cresolanditsderivativesarewidelyusedinmedicine，agriculturechemicals，dyestuff,spice，cosmetics，fo

4、odandpolymermaterialere．Recently,needsforhigh—purityP—cresolarerisinginbothinternationalanddomesticmarkets．Therefore，theseparationandpurificationofcoarseP—cresolcallforahi．ghattention．Nowadays，fractionalmeltcrystallizationisthemostpopularmethodtoproducehigh-purityP-cres01．Meanwhile，basedonthemeltcr

5、ystallization，newoperationprocessesarebeendevelopedcontinuouslytoimprovetheeffectivenessofthemethod．Themostprominentoperationisbullet-likepulseaeration．Basedontheformerresearches，experimentalfacilityisdesignedandbuilt．Meltcrystallizationexperimentsofp—cresolareconductedindifferentoperatingcondition

6、s，tlleyarestatic，continuousaerationandpulseaeration．Theadvantagesandweaknessareshowedbycomparingandanalyzingtheexperimentalresults．Further,anovelresearchtool，computationalfluiddynamics(CFD)，isusedtoinvestigatethegas-liquidflowcausedbythepulsebubbles．Dividedbytheflowpattern，therisingofpulsebubblesin

7、theP-cresolmeltisclassicslugflow．Accordingt0itscharacteristics，reasonableassumptionsaremade，andmathematicmodelsarebuiltonthebasictwo-phasemodelandturbulentmodel．Usingthemodelabove，thenumericalsimulationofni