DM和M化工反应器的CFD模拟和实验研究

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本文主要应用CFD技术和冷模实验的研究方法,对DM和M化工反应器的结构形式进行了一系列系统的研究,主要考察其在实际工况条件下的整体混合效果及其他流体特性参数,最终优化得到了能够满足工业化条件要求的DM和M化工反应器装置。  2,2-二硫化二苯骈噻唑,简称DM,它是一种优良的噻唑类橡胶硫化促进剂。在对DM反应器的研发过程中,首先,应用CFD技术对一系列不同结构的DM反应器的内部流场进行模拟,结果发现,相比于未优化过的DM反应器,在反应器内部添加文丘里管、气液分布器、导流筒以及挡板等不同形式的内构件,使得反应釜内液体速度分布均匀,体积平均速度由原来的0.2 m/s提高到0.23 m/s,死区比例由原来的2%下降为0.1%、气体分布均匀,气含率由原来的0.63‰升高为6.17‰。其次,应用CFD技术对导流简直径做了进一步优化,发现,导流简直径和釜径比值为0.45的DM反应器,整体混合效果要明显优于其他直径导流筒的反应器。最后,通过冷模实验研究,优化确定了反应釜的高径比为H/D=3、泵循环流量为150 m3/H以及导流筒上方液位高度HL=280 mm.  2-巯基苯并噻唑,简称为M,它是一种酸性类半超促进剂,对天然橡胶和普通的硫磺化合成橡胶,都能够起到很好的促进作用。为开发无搅拌式M反应釜装置,首先,应用CFD技术对一系列不同结构的M反应器进行内部流场的数值模拟,结果表明,相比于未优化过的M反应器,在反应器内部添加喷嘴、导流筒等不同形式的内构件,使得反应釜内液体速度分布均匀,体积平均速度由原来的0.09 m/s提高到0.12 m/s,死区比例由原来的2.5%下降为1.5%,并且能够将表面的超临界流体卷吸到反应釜内部实现充分的混合。其次,应用CFD技术,对脉动进料下反应釜的整体混合效果进行考察,发现:当脉动循环周期T=90S,进料流量达到最低时,反应釜内液体的体积平均速度达到最小值为0.08 m/s,死区比例达到最大值为2.9%,此时反应釜的混合效果仍达到工艺条件要求。最后,通过冷模实验研究,优化确定了最佳的反应釜串联个数为3个、喷嘴速度为20 m/s、导流简直径和釜径比值为0.4以及导流筒上方液位高度HL=185mm.
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