熱管攪拌釜數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、在現(xiàn)代化工生產(chǎn)過程中，多數(shù)化學反應(yīng)是在安裝有換熱元件的攪拌反應(yīng)釜中進行的放熱反應(yīng)，反應(yīng)介質(zhì)主要是液相，如:硝化、氧化、酯化、重氮化和酰胺化等反應(yīng)。它們都是放熱量較大的反應(yīng)，高達40kW·m-3，有些甚至達到235kW·m-3。傳統(tǒng)的換熱元件夾套和盤管已經(jīng)不能滿足如今高放熱攪拌反應(yīng)器的散熱需求。本文創(chuàng)新性地采用橢圓截面扁管替代攪拌釜中的矩形擋板，并將橢圓截面扁管設(shè)置為熱管結(jié)構(gòu)，利用熱管高熱流密度換熱的特點實現(xiàn)攪拌反應(yīng)釜內(nèi)熱量的高效傳遞。<

2、br>　　以糖精鈉生產(chǎn)酰胺化工序中的反應(yīng)為依托，按照攪拌釜國家設(shè)計標準，本文設(shè)計出新型結(jié)構(gòu)熱管攪拌反應(yīng)釜。本文首先對模型進行簡化，在CFD前處理軟件Gambit中進行建模，然后編寫反應(yīng)釜放熱源項UDF（用戶自定函數(shù)），導(dǎo)入Fluent中進行編譯。通過考察監(jiān)控點的混均時間及溫度變化情況，得出最優(yōu)的模型網(wǎng)格數(shù)為200萬。進一步對比模擬出的流場、功率與實驗結(jié)果，證明了數(shù)值模擬的可靠性。
　　在合理的攪拌釜操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)變化內(nèi)，通過正

3、交試驗，得出了各目標因素對攪拌釜性能影響的權(quán)重，攪拌轉(zhuǎn)速對攪拌釜性能的影響權(quán)重遠大于三個結(jié)構(gòu)參數(shù)，就單位體積混合能而言，攪拌器安裝角度＞熱管中心線到釜壁距離＞攪拌器下層槳到釜底距離;就最優(yōu)溫度持續(xù)時間而言，攪拌器安裝角度＞熱管中心線到釜壁距離＞攪拌器下層槳到釜底距離;就攪拌混均時間而言，熱管中心線到釜壁距離＞攪拌器下層槳到釜底距離＞攪拌器安裝角度。
　　考慮三個性能指標在攪拌釜綜合性能中所占比重，并根據(jù)目標因素對結(jié)果影響的主次順序

4、，最終分析出各個目標因素水平的最優(yōu)組合:攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，熱管中心線到釜壁的距離為110mm，攪拌器下層槳到釜底的距離為200mm，攪拌器的偏轉(zhuǎn)角為0°。
　　通過對單一目標因素變化對攪拌釜內(nèi)綜合性能影響的詳細分析，得到以下結(jié)論。當攪拌轉(zhuǎn)速為240rpm、300rpm時，攪拌釜壁面附近流體產(chǎn)生的擾動較大，形成的漩渦較多，渦流死區(qū)較小，攪拌混均時間短，最優(yōu)溫度持續(xù)時間長;當熱管中心線到釜壁距離為85mm時，熱管附近產(chǎn)生較多小的