旋轉填充床內傳質效應及微觀混合的CFD模擬研究.pdf

1、旋轉填充床反應器(Rotating Packed Bed，RPB)具有極強的過程強化性能和微觀混合性能，由于受到其內部復雜填料結構及觀測手段的限制，關于RPB的流體力學特征和混合行為的基礎研究相對較少。
　　本文通過對RPB反應器內部填料進行合理簡化，建立了三維RPB模型，分別在Design Modeler和Meshing-ICEM內創(chuàng)建幾何模型和進行網格劃分，采用流體計算軟件ANSYSY(FLUENT)對液相在RPB內的流體流動

2、破碎過程和混合過程進行模擬研究。應用Realizable k-ε模型、VOF模型以及Sliding Meshes模型來計算反應器內流體流動和氣-液兩相邊界。三維模擬結果可以清晰地顯示液體在整個反應器空間內的分布及存在形態(tài)（孔流、液膜流動和液滴）。液體被旋轉填充床內填料切割的過程，既有分散的過程，也有聚并的過程。填料轉速對液相顆粒大小及存在形態(tài)具有明顯影響，而進口速度對旋轉填充床空腔內的液相顆粒大小影響不大。轉速、進液速度的增加和氣液接觸

3、角的降低有利于提高液體的比表面積，進而有利于傳質。液體停留時間隨著轉速和氣液接觸角的升高而降低。與二維模擬相比，三維模擬對液滴尺寸、液體速度和停留時間的描述更接近實際情況，模擬的液體尺寸和液體速度值更接近實驗值。
　　由于VOF模型受網格大小制約，對于捕捉小尺寸液滴特別是小于最小網格數尺寸的液滴具有一定的缺陷，受計算機計算能力的限制，模擬得到的RPB內子液滴尺寸分布具有一定的誤差。本文利用實驗和模擬結合的方法，通過實驗獲得液滴破碎

4、信息，即得到不同尺寸液滴在絲網破碎的可能性、生成子液滴尺寸、撞擊位置對破碎的影響、聚集子液滴尺寸信息，把破碎信息編寫入Population Balance(PBM)方程中，得到了RPB內更合理的子液滴尺寸分布圖。這種方法同時可減小網格數降低計算時間，對于大尺寸反應器的模擬計算具有借鑒作用。
　　另外，基于RPB內流體流動的CFD模型，在穩(wěn)定流場內添加液-液化學反應，模擬研究RPB的微觀混合效率?？疾炝藲潆x子轉化率、產物(H3BO3

5、)、副產物（I2和I3-）以及離集指數在填料區(qū)徑向上的濃度分布。模擬結果表明:液-液反應過程和微觀混合過程主要是在距進口10毫米以內的區(qū)域（端效應區(qū)）內進行;各組分在RPB內的分布、反應進程及微觀混合細節(jié)都能通過模擬結果得到清晰地顯示;轉速的增加能明顯強化RPB內的微觀混合效應，這與前人實驗結果趨勢一致，且離集指數在相同填料徑向位置上與實驗值相差不大。
　　本文運用CFD理論基礎建立了的簡化后的RPB模型，模擬研究了RPB內流體的