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旋转填充床内黏性流体的微观混合研究

作　者: 潘超
导　师: 陈建峰
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 旋转填充床微观混合黏性流体离集指数能量耗散率片状模型
分类号: TQ021.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

旋转填充床是一种强化化工过程的新型反应器，高速旋转的填料将与之作用的液体高度分散形成微尺度的液膜或液滴，增大了流体的比表面积，降低了传质阻力，强化了微观混合与传递过程。聚合反应、磺化反应、结晶及生物化学过程如DNA纯化、酶解过程、蛋白质折叠等快速反应常涉及黏性流体混合过程，应用旋转填充床强化黏性流体快速反应过程具有潜在而又广阔的前景，然而目前尚无类似的研究报道。本论文采用水-甘油体系模拟黏性流体、通过碘酸盐-碘化物反应体系表征了旋转填充床和T型填充管反应器的微观混合性能；应用团聚模型计算了考察黏度体系在两类反应器内的微观混合特征时间；首次通过量纲分析法获得旋转填充床内能量耗散率的经验关联式，采用片状模型模拟旋转填充床内的微观混合过程。主要研究成果如下：（1）预混合液体分布器能很好消除非预混液体分布器的宏观混合不均匀的问题；预混合时间短有利于黏性体系的微观混合，平直填料丝径小，比表面积大有利于微观混合，体系黏度增大，不同填料对微观混合效果作用差别凸显。（2）氢离子浓度、进料流量体积比以及黏度的增加，离集指数Xs增加，填料层转速、进料流量的增大都能使离集指数Xs下降，微观混合效果更优。（3）体系黏度较低时，两不同反应器的微观混合效果差别不明显，体系黏度较高时，特别是在中高转速条件下，旋转填充床比T型填充管反应器显著地强化微观混合效果，对不同的黏度体系，存有较优的转速。（4）黏度为1.01～219.18mPa·s时，液体在旋转填充床和T型填充管式反应器内的微观混合特征时间t_m分别为5.310s～6*10^-4s和2.310-4s～9.110^-3s。（5）通过量纲分析法获得适用于旋转填充床的能量耗散率ε的关联式为运用计算的能量耗散率ε并用片状模型模拟计算旋转填充床内黏性流体微观混合效率，模拟结果与实验结果吻合良好，片状模型能很好地预测旋转填充床内黏性液体混合情况。

旋转填充床内黏性流体的微观混合研究

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