第九章-结晶器的混合分解.ppt

放大 工业结晶过程的放大被认为是一个非常困难的课题 单个晶体成长或成核主要决定于其存在的微观环境 混合过程决定整个罐体内的微观环境和宏观环境的状态，以及其相互的特征，因此也决定着空间和时间上的混合均匀度。 混合过程的放大将决定着结晶过程的放大。 而混合过程的放大，特别是固体悬浮的放大是非常不清楚的。 过程放大的特点 一般的放大研究都是在结构类似的情况下来研究，其放大规律也是结构类似下才有效的，但就流体力学状态而言，就是在结构类似下，也达不到完全相同的放大。 就结晶过程而言，在研究放大过程中，我们不能改变结晶系统， 也就是说结晶过程必须使用同一体系而使用不同的设备尺寸， 而晶体的尺寸并不可以将设备的放大而增大， 同时颗粒悬浮与之相关的传递系数也不随设备尺寸的增大而增大，因此要求的悬浮速率也不改变。 在放大过程中，要考虑的因素 质量传递过程（溶液间、溶液与晶体间） 成核过程 成长进程 使用的方法，能量输入，搅拌浆边缘速度 模型 由上而述，结晶过程需要知道混合过程的状态，其对结晶的影响是非常重要的，尤其是在大型结晶器内，然而混合对结晶的影响是非常复杂的，因此，对其过程的研究，同时建立相应的模型来预测混合过程的及其对结晶的影响是非常具有挑战性，也是非常必要的。 在大型结晶器内与小型结晶器的流体动力状态大不相同，也很难真正的建立联系，使用数学模型的方法建立经验模型也具有局限性，另外在结晶器内有晶体，有时气体、液体存在，同时晶体具有一定的尺寸分布，其流动为多相流， 考虑已有的过程与现象，使用简单的经验模型显得无能为力，因此必须使用计算流体力学的方法，才有可能实现结晶过程的模拟与预测，到现在为止，就是使用计算流体力学的方法，也不能完全描述现有在结晶过程中涉及的全部过程，尚有许多方面的工作要做。 尽管现有的模型对结晶过程的结果都不能给予准确的预测，但建立其中的相关模型还是很有必要的， 一些结果可被认为一种定性的结果，而不是定量的，其能给予解决问题的指导性建设，同时也是对知识的积累， 当对某些结果特定进程研究多了，其就可以揭示一般的规律，而实现模型的 完善，这要借用实验和计算流体力学的方法来实现。 实验模型 从实验室的实验结果去预测在大型结晶器的流体动力状态是完全不可能的， 然而使用实验内的设备的实验结果来建立模型能给出工业结晶器的流动状态的定性的指导，因此也很有意义， 同时在实验室所使用的实验方法，也可以应用于在大型设备的研究，因此在实验室内研究过程的混合及其混合状态的影响因素，对于科学研究是很有必要的。 单相流动的实验 研究在搅拌器内的流动，混合的最简单的方法是使用单相流过程， 通过使用录像及其它技术，我们可以观察到过程的进程及其混合状态，尽管其结果具有一定的局限性，但很多方面的信息是非常有价值的，例如 流体的整体流动性情况，即流场，循环区域，混合过程的死区等。 单相混合实验所使用的技术有： 观察在搅拌器内一个固定点，加入不同颜色的流体，观察溶液的染色变化 使用几个颗粒作为流场的观察对象 Laser Doppler anemometry (LDA)测得单相流场 Particle image velocimetry(PIV)测得流场（三维、二维） 同时也可测得颗粒的流场 计算流体力学模型 在工业结晶过程中的研究中，颗粒衡算方程的应用是使用理想混合悬浮，理想混合产品排除（MSMPR）模型，其假设在结晶器内溶液与固体都是均匀混合，而产品排除的状态和结晶器内的状态完全一致，即在结晶器内的各个空间点其溶液的浓度，固体含量及晶体的尺寸分布完全相同， 这一假设很显然在工业结晶器内是不存在的，因为溶液的浓度，悬浮密度以及晶体尺寸分布在结晶器内随空间（甚至时间）而变化。例如，结晶过程的成核速率在实验测得的结果不能很好的应用于大型结晶器，其主要原因就是因为用MSMPR模型确定的成核速率参数不能用于不均匀混合的工业型结晶器。 在非均匀混合状态下，一个描述结晶过程的关键参数的模型是必要的，从而可预测这些参数的空间分布， 其总目标是建立模拟模型，从而预测产品的特征。 在此模型中要考虑到流场，质量传递，颗粒衡算，成长速率，然而，建立和求解这样的模型是非常困难的，其难点： 要真正的描述结晶器的实际流动状态，就要描述两相或多相的湍流运动，真正描述湍流是用一般的CFD方法是不可能的。 计算负荷 但可用简单模型 进料口区域的模型，其混合为微观混合过程，要真正能描述微观混合，CFD模型的网格分布就要非常的小，因此就要采用其它的方法。 对反应结晶使用节矩模型 分区域模型 搅拌浆的处理 在搅拌浆区域设置动量方程的源，但很难给出较准确的数据 边界条件设置法 移动网格法 湍流的考虑 K-ξ模型 RS模型 LES模型 多相流进程的模型 晶体成长与成核 粒数衡算 在建立CFD模型