毕业论文《环己烷氧化在环流反应器中气液混合的研究》.doc

第一章 文献综述 1.1环流反应器的研究 环流反应器是在强化鼓泡反应器发展起来的高效反应器，一类高效的气—液，气—液—液或气—液—固多相反应器。它具有结构简单，液体力学性能好，易于工程放大，已在化工生产中得到广泛应用。 1.1.1环流反应器的原理 本文研究的气升式环流反应器基本外观结构,反应器外筒内部有一个导流筒,将反应器外筒内部划分为导流筒内侧(上升段)和导流筒外侧(下降段)2个区域。初始状态的反应器充有常温液态水。气相(空气)由反应器底部气体入口喷入反应器,沿上升段上升,并由反应器顶部的排气口排出。由于反应器上升段和下降段中混合物的气含率不同,在反应器的上升段和下降段之间形成了静压力差,反应器中的液体在气体的带动下上升至导流筒顶部后,在静压力差的推动下,再由下降段回流至反应器底部,形成了气升式环流反应器内部物质循环流动的推动力[1]。 1.1.2环流反应器的分类及特点【1.1】 侯英华[2]等已对环流反应器的分类作了较详细的说明。主要有以下几种分类形式： （1）按流动形式分类 按流动形式可分为内环流和外环流两种，图1-1中M1为通入反应器的流体流量，M2为液体循环流量，M3为总流量，则M3=M1+M2。气体或液体进入反应器后，由于流体的初始动量和密度的降低，使一侧流体向上，另一侧向下做循环流动，形成良好的混合反应条件。 图1-1 内外环流反应器的示意图 图1-2 多级式环流反应器示意图 （2）按组成形式分类 图1-1，图1-3和图1-4所示均为单级形式。多级环流反应器有立式和卧式两种，图1-2（a）是用于废水处理的多级串联环流反应器，图1-2（b）是多导流筒立式串联反应器，图1-2（c）是多级卧式串联反应器。已有文献研究表明多级式反应器比单级式反应器不仅有较高的传质系数，而且能耗低。 （3）按流体动力来源分类 1）气升式环流反应器（ALR）。即气体由导流筒下部进入反应器，由于气泡在导流筒内外分布不同，使筒内外流体产生密度差而生成液体的环流运动。 气升式环流反应器主要有中心气升、环隙气升三种形式（如图1-3）。 图1-3 气升式环流反应器 2）喷射式环流反应器（JLR）。利用喷嘴把液体或气体高速喷入反应器内，由于喷射推动和静压差推动联合作用，流体在反应器内均匀混合并形成环流流动，输入流体的动能大部分转化为反应器中流体的湍流动能。通常这类反应器有较大的放大效应。 喷射式环流反应器分为上喷和下喷两种（如图1-4） 图1-4 喷射式环流反应器示意图 图1-5 推进式环流反应器 3）推进式环流反应器（PLR）。它适合处理高粘度物料，内部导流筒又可以作为换热器。但其搅拌轴不易密封，维修不便，易泄漏有害物质。 4）压差式环流反应器。利用气体入口与出口的静压差产生环流，多用于压力较高的反应过程。 5）机械搅拌式环流反应器。利用搅拌桨的搅拌作用是液体产生环流，这类反应器结构复杂，能耗较大，目前已淘汰。 1.2 FLUENT软件介绍 1.2.1网格技术，数值技术，并行计算 计算网格是任何CFD计算的核心，它通常把计算域划分为几千甚至几百万个单元，在单元上计算并存储求解变量，FLUENT使用非结构化网格技术，这就意味着可以有各种各样的网格单元：二维的四边形和三角形单元，三维的四面体核心单元、六面体核心单元、棱柱和多面体单元。这些网格可以使用FLUENT的前处理软件GAMBIT自动生成，也可以选择在ICEM CFD工具中生成。 在目前的CFD市场， FLUENT以其在非结构网格的基础上提供丰富物理模型而著称，久经考验的数值算法和鲁棒性极好的求解器保证了计算结果的精度，新的NITA算法大大减少了求解瞬态问题的所需时间，成熟的并行计算能力适用于NT，Linux或Unix平台，而且既适用单机的多处理器又适用网络联接的多台机器。动态加载平衡功能自动监测并分析并行性能，通过调整各处理器间的网格分配平衡各CPU的计算负载。 FLUENT的湍流模型一直处于商业CFD软件的前沿，它提供的丰富的湍流模型中有经常使用到的湍流模型、针对强旋流和各相异性流的雷诺应力模型等，随着计算机能力的显著提高，FLUENT已经将大涡模拟（LES）纳入其标准模块，并且开发了更加高效的分离涡模型（DES），FLUENT提供的壁面函数和加强壁面处理的方法可以很好地处理壁面附近的流动问题。 1.2.2动态和移动网格 提供几种网格重构方案，根据需要用于同一模型中的不同运动部件，仅需要定义初始网格和边界运动。动网格与FLUENT提供的其他模型如雾化模型、燃烧模型、多相流模型、自由表面预测模型和可压缩流模型相兼容。搅拌槽、泵、涡轮机械中的周期性运动可以使用FLUENT中的动网格模型（moving mesh）进行模拟，滑移网格和多参考坐标系模型被证实非常可靠，并和其他相关模型如LES模型、化学