侧进式搅拌反应器内流场的数值模拟.pdfVIP

第27卷第 2期 化学反应T程与丁艺 Vbl27．No2 2011年4月 ChemicalReactionEngineeringandTechnology Apr．20lI 文章编号：l0Ol一763l(201I)02—．0097．__o6 侧进式搅拌反应器内流场的数值模拟 张林进，陈功国，叶旭初 (南京工业大学材料科学与工程学院 材料化学工程 国家重点实验室。江苏 南京 210009) 摘要：采用汁靠流体力学 (CFD)技术对某钢铁』烟气脱硫吸收塔底部浆液池的侧进式搅拌流场进行了数 ’模【拟， 研宄丫搅拌转速和搅拌桨安装角度等因素对 3维流场的影响规律 结果表日JJ，在 5股流体的相：作川下，反应器内 存赴一个顺叫针的整体大循环流动，卡H邻搅拌桨之问存在两个小漩涡。随着搅拌转速的增大，中心线． J底部的速率 迅速增加，当转速人于等_：120r／min州，该处速率接近或达到 ·Ir心线上速率的最人位，有利 J避免llI心区底部的 固相沉积。随着芹偏加度 的增人，-I一心漩涡区域外扩，tI一心线上底部的速牢有所减小．而相邻桨叶之问下部的速率 略有增_J『IJ。下偏角度的增大，使得卡H邻桨Ⅱ1之 下部的速率略有减小，而过大的下偏角度使得搅拌桨丰作用 无法 直接作用到支撑村 内部，导致 ·I『．线上底部的速 年减小。 关键词：搅拌反应器 数值模拟 侧进式 安装角度 中图分类号：TQ018；TQ027．2 文献标识码：A 侧进式搅拌器广泛应用于烟气脱硫、石油化工以及造纸等行业的大型平底反应器或者储槽内，，能够在 同等能耗下获得比顶进式搅拌器更好的搅拌效果。侧进式搅拌反应器内的流体流动、颗粒悬浮状态等与顶 进式搅拌差别较大，流场的微观特性如速度矢量场和颗粒组分浓度分布等特性直接影响着反应速度、反应 选择性及反应结果，因而，研究侧进式搅拌反应器内流体流动特性对反应器结构的优化设计、节能降耗等 具有十分重要的意义。近年来，计算流体力学 (CFD)的技术优势使得搅拌反应器内流场的数值模拟成为 搅拌器领域的研究热点之一，CFD数值模拟能够缩短搅拌器的设计周期、提供大量3维流场的微观信息， 降低成本等，已经成为搅拌器设计研究的重要手段。国内外学者对搅拌器的数值模拟研究主要针对实验室 规模和中试装置，并且集中在顶进式搅拌器 l【4J，对侧进式搅拌器的研究相对较少。G6mez等L5】对层流状态 (18≤船≤2o0)下的侧进式搅拌 3维流场进行了数值模拟研究，讨论了扭矩 、功率准数及速度场分布，与粒 子成像测速的流体可视化 (PIV)测试结果一致；Salwan等 利用Fluent软件和超声波多普勒测速仪 (UDV) 对单个侧进式搅拌器下的纸浆搅拌槽进行了分析，得出混合时间是叶轮动量通量的函数，计算得到的速度 值与测试值的平均误差为 7％左右：方键等11采用 Fluent对 4台侧进式搅拌器的搅拌槽内流场进行了3维 模拟，得到了搅拌器的功率曲线，并对流场进行了分析。本工作采用 CFX软件对烟气脱硫吸收塔底部浆 液池侧搅拌的3维流场进行数值模拟，讨论搅拌器转速和安装角度等对流场的影响规律。 1几何模型和模拟方法 1．I几何模型 几何模型是按照某钢铁厂烟气脱硫吸收塔底部浆液池的实际尺寸建立的，浆液池及搅拌桨结构如图 1 所示。浆液池底部为平底，直径 I8m，液位高度为 5m，在距离底面 l-25m的平面上周向分布5台侧进式 搅拌器，其中 1与 5拌搅拌器的周向分布角为 90。，其余相邻搅拌器之间的周向分布角均为 67．5。。循环浆 液进几位于 l≠}与5}}搅拌器之间，中心高度为 1．0m，浆液出几位于 2≠}搅拌器附近，中心高度为O．52m，在 收稿 日期：20II．0I．I7：修订 日期：20II．04．18 作者简介：张林进 (1981-)，男，博l，讲师。E-mail：zhanglinjin@njuteducn 98 化学反应工程与工艺 2011年4月