试析新型反应器微观混合—沉淀过程的理论、实验及应用研究

《试析新型反应器微观混合—沉淀过程的理论、实验及应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、北京化工大学博士学位论文新型反应器微观混合—沉淀过程的理论、实验及应用研究姓名：向阳申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：陈建峰20091015摘要新型反应器微观混合．沉淀过程的理论、实验及应用研究典型的反应沉淀过程是两种液体混合后，反应产生过饱和度，然后发生成核、生长和团聚。如果沉淀动力学的时间尺度远长于混合时间，两股液体的混合过程快于反应，此时最后产物特性主要依靠物化参数，而不是混合条件。实际上，沉淀过程通常非常快，导致了在反应器内达到均匀过饱和度之前，成核、生长和团聚就已经开始了，这种不均匀过饱和度场产生不同的推动力，反过来影响了产

2、物最后的特性，即产物粒子的形貌及粒度分布受到流体力学和混合过程控制。因此，为了改善产品特性以获得最大的经济效率，需要结合流体力学和混合机制来研究化学反应器的反应沉淀过程。因此本文研究了超重力旋转填充床反应器和微通道反应器内的混合。反应沉淀过程。基于前人对旋转填充床中可视化研究及微观混合的研究结果，本论文首先建立了能描述旋转填充床反应器(RPB)内液相反应沉淀过程(包括流体流动、混合、反应、成核及晶体生长)的数学模型。同时就BaCl2与Na2S04反应生成BaS04为沉淀体系，实验考察了旋转填充床的反应沉淀过程及各操作条件对产物粒子粒度分布的影

3、响规律，这些工作为旋转填充床的工业应用及结构优化设计提供了理论基础。本文还对多种混合形式的微通道反应器内混合效率进行了研究，建立了CFD模型，考察了在微尺度下不同混合形式及操作参数对混合效率的北京化工大学博士学位论文影响；同时还实验考察了包括混合通道尺度、流量等操作条件对产物颗粒粒度分布的影响规律。最后，基于液相反应沉淀过程的实验和理论研究结果，开展了用超重力法(RPB为核心反应设备)制备纳米药物吉非罗齐的应用研究工作。本论文主要工作如下：l、在前人对RPB内流体流动的可视化观察结果和混合特征研究结果的基础上进行合理假设，结合物料衡算方程、粒

4、度衡算方程及结晶动力学方程，采用聚并．分散模型(Coalescence．RedispersionModel)建立了旋转床内描述流体流动、混合、反应、成核及晶体生长的数学模型，提出了表征填料内液相微观混合强度的模型参数一聚并概率，并根据填料结构与液体微元间混合机制计算给出不同径向填料位置的聚并概率大小。2、设计了一台可实现沿填料径向取样的旋转填充床(RPB)进行BaS04沉淀的实验研究，首次从实验上证实了RPB填料端效应区对液相反应沉淀过程的重要性。RPB的反应沉淀实验结果表明：提高转速可改善微观混合，使BaS04产物颗粒粒径减小、粒度分布变窄

5、；反应物流量的增加也会使粒度下降、分布变好，但当流量达到一定数值后这种下降趋势明显减缓；反应物初始浓度增加，粒度变小、分布变窄；在恒定的BaS04产物浓度下，随反应物体积流量的增大，粒径稍有增大、分布变差。3、基于上面建立的旋转填充床中液相反应沉淀的数学模型，分析计算了聚并概率队过饱和度、体积比及成核动力学对产物颗粒粒度分布的影响规律。模拟结果表明：成核级数越大，粒径及方差越大，所II摘要需填料层厚度增大：随晶核尺度增加，粒径及方差增大；提高反应物初始浓度或体积比，粒径及方差减小。模型的计算结果和实验结果基本吻合，能够正确反映操作参数(流量、

6、转速等)·对产物颗粒粒径的影响规律。这些研究结果，为进一步的研究以及旋转填充床的优化设计提供了理论基础。4、基于计算流体力学知识，从湍动理论出发，建立CFD模型并对多个混合形式的微通道反应器内流动情况及混合效率进行了数值计算。模拟结果表明：流动处于层流，物质问混合只能依靠分子扩散进行，通道内流体几乎处于完全离集的状态，流速加快后，辅以湍动扩散，混合效率迅速增大；物料流量增大，混合效率增加；进口物料体积流量比增大，混合效率加快；交叉点两流体混合角度越大，混合强度越高。基于对微通道反应器混合效率的研究结果，在Y型和线型微通道反应器中考察了各操作参

7、数对粒度大小及分布的影响规律。实验结果表明：随混合通道尺度下降，产物颗粒平均粒径及无因次方差减小；提高反应物流量，粒径及方差下降，但是当流量提高到一定数值后这种下降趋势减缓；反应物浓度增大，过饱和度增加，粒径及方差下降，反应物体积流量比增大，粒径及方差下降。上述研究结果对于微通道反应器用于纳米颗粒的制备等相关领域具有一定的指导价值。5、基于对旋转填充床反应沉淀过程的理论及实验研究结果，利用超重力法制备出了具有窄粒度分布、平均粒径约80am纳微吉非罗齐颗粒，同时对纳微粉化药物进行了表征，开发出了超重力法制备纳米吉非罗齐的新工艺。iii北京化工大

8、学博士学位论文关键词：旋转填充床，微通道反应器，混合，沉淀，聚并．分散模型，CFD，硫酸钡，吉非罗齐IVTHEORETICALANDEXPERIMENTALSTUD