探索连续搅拌釜流场数值模拟及停留时间分布

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1、分类号：——UDC：——密级：——编号：——工学硕士学位论文连续搅拌釜流场数值模拟及停留时间分布硕士研究生：王兴超指导教师：董红星教授学位级别：工学硕士学科、专业：化学工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2008年5月论文答辩日期：2008年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学哈尔滨’I：稃人学硕十学位论文捅斐搅拌釜以其容易实现自动控制，操作简单，节省人力等诸多优点广泛应用于石油化工，生物制药，环境保护等领域。而对搅拌釜内流体的流动状况进行研究将有益于搅拌釜的优化设计，对指导生产实践具有重要的理论及实际意义。文献报道的该方面的研究大多都停留

2、在间歇操作模拟的层面上，且其模拟结果——“流场分布"所对应的实际流体流动状态、流型关联及对反应结果影响分析，尚未见报道。针对这种情况，本文在计算流体力学理论(CFD)的基础上，对连续流动搅拌釜反应器内流体的流场进行了初步的数值模拟，并对连续流动搅拌釜反应器的停留时间分布进行了测定，通过停留时间分布密度函数及方差分析了流体流动状况对反应结果的影响。模拟结果表明：连续流动搅拌釜无论是采用单桨还是双桨，增大搅拌器的转速或进料流量，搅拌釜内流体流动速度也随之增大且搅拌釜内流动速度分布越加均匀；相同的操作条件下，双桨混合效果好于单桨时的效果；加挡板后搅拌釜内流

3、体速度增大且分布更加均匀，釜内死区范围得到进一步减小，实验结果表明：对于直六叶涡轮搅拌桨，搅拌釜内采用双层桨时的仃；明显大于采用单层搅拌桨时的口；，特别是在液体流量为60m及转速为1200rad／min时，∥；从单桨时的0．809增大到双桨时的0．877，口日2值增加了8．41％，搅拌釜内的流体流动更加接近于全混流，即新进入搅拌釜的物料粒子与原存的粒子在短时间内更容易达到混合充分。对于需瞬间混合良好的连续发酵等过程可选用高转速操作条件、双桨或多桨的直六叶涡轮搅拌桨搅拌釜反应器。关键词：连续流动搅拌釜；流场：数值模拟：停留时间分布；方差哈尔滨T稃人学硕

4、十学何论文ABSTRACTWiththebenefitsofcontrollingeasily，simpleness，labour·savingandSOOil，thekettlewithagitatoriswidelyusedinpetrochemical，biologicalpharmaceuticals，environmentalprotectionandotherfields．Itisofgreatsignificancetoresearchthefluidflowintheagitatedtankforimprovingthedesigna

5、ndguidingtheproduction．Thereportsaboutthestudyalemainlyonbatchoperation，butithasnotbeenreportedhowthesimulationresults-the”flowdistribution”correspondtotheactualstateoffluidflow,theflowassociatetotheresultsandimpactthereaction．Againstthesituation，inthispaper,weusetheCFDsoftware

6、tosimulateflowfieldinthetankwiththemethodofpulsetoexaminetheresidencetimedistributioninthetank．Bytheresidencetimedistributiondensityfunctionandvariance，weanalyzetheinfluenceofthefluidflowconditionsonthereaction．Thesimulationresultsshowthat：whethersingleordouble·bladepropelleris

7、used，increasingthespeedofagitatororfeedflow，thefluidflowratewillalsoincreaseandbecomeuniform；Underthesameoperatingconditions,themixedresultsofdouble·-propelleralebetterthanthesingle·-propeller；thefluidflowratewillalsoincreaseandbecomeunifornl，thedeadzonewilldecreaseinthecaseofu

8、singthebaffle．Theexperimentalresultsshowthat：forsixstr