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反應釜設計要求[ 01-26 08:05 ]

此含能化合物的合成過程要控制在．5~0℃溫度范圍進行反應(取平均溫度．2．5℃進行計算)，之后在35℃左右進行蒸餾。反應釜通過盤管進行冷卻換熱，通過夾套進行加熱蒸餾，盤管內的冷卻介質采用-20℃的冷凍鹽水，夾套的加熱介質采用水。反應物為濃硫酸、水、亞硝酸鈉和物質A。根據50kg產量要求和轉化率估算，需要濃硫酸233．4kg，亞硝酸鈉39．2kg，水579埏，A71．2kg，另需乙酸乙酯380kg。由于重氮化反應具有高放熱的特點，裝料系數不宜過大，取60％左右，實際裝料量約1130L，故反應釜按照容積為1900L來設

不同結構參數下攪拌釜對流傳熱過程的數值模擬[ 01-25 10:05 ]

對于攪拌設備的研究，大多集中在攪拌器上，關于盤管的研究很少，老版的設計手冊對于管間距、盤曲直徑等設計尺寸有較嚴格的要求，而新版的設計手冊沒有提及。故本章從盤曲直徑、槳徑、雙層盤管和雙層槳4個設計因素考察它們對盤管外側對流傳熱系數的影響。通過第三章的模擬結果與實驗結果比較，已經驗證了CFD模擬方法的可靠性，本章將繼續采用CFD模擬的方法進行攪拌釜研究，釜內流體依然采用甘油。觀察不同溫度下的速度場可知，在產323．15K時，釜內流體混合較好，盤管的傳熱效果受管間距的影響也較大，故本章僅模擬Ⅳ_300印m，產323．15

湍流模型[ 01-25 09:05 ]

可知其處于過渡流區域，CFD模擬過渡流常用采用層流模型lamier，但攪拌槳附近的動區域內湍動劇烈，用層流不合理，故設定動區域為湍流，盤管內部也為湍流，采用流動和傳熱都吻合較好的標準k．￡模型，靜區域設定為層流。為了盤管邊界層的傳熱計算更加準確，采用強化壁面函。壓力．速度的耦合方式采用simple算法，湍流動能和湍流動能耗散率的離散格式采用一階迎風格式(first order upwind)，動量的離散格式采用二階迎風格式(second orderup），模擬速度場時的動量方程和湍動方程殘差設置為10-5，模擬溫度

模擬策略[ 01-25 08:05 ]

實際情況中，攪拌反應釜內溫度由323．15K下降到308．15K過程復雜且時間長，若直接進行數值模擬將耗費大量存儲空間和運行時間，故采用簡化的分段模擬策略來近似求解。具體策略是：選取323．15K，318．15K，313．15K和308．15K為冷卻過程中的四個關鍵溫度點，然后將這四個溫度下的物性參數分別輸入至除溫度外操作參數相同的四個case中，先僅開啟動量方程計算速度場，待速度場穩定后，再關閉動量方程，打開能量方程，進行溫度場的模擬，直至穩定，最后計算出每個算例的對流傳熱系數，求平均。其中，判斷速度場穩定的標準

網格劃分與邊界條件[ 01-24 10:05 ]

本文采用CFD前處理軟件Gambit對模型進行網格劃分。由于攪拌反應釜結構較復雜，須分三塊進行網格劃分：動區域，靜區域和盤管。動區域：采用多重網格法進行模擬，攪拌器附近圓柱體區域設定為動網格區域，單獨劃分，動區域面與攪拌器槳葉面附近采用尺度函數為網格加密。盤管：Gambit中對于柱體一般采用cooper的劃分網格方法，即先劃分截面網格，之后通過固定步長的掃掠劃分體網格，使每個截面上的網格保持一致。但由于螺旋盤管圈數多，扭曲大，直接cooper會引發巨大的網格畸變導致錯誤，故將每圈盤管切分為4段相等長度，再使用coo

攪拌釜結構參數和物性參數[ 01-24 09:05 ]

模擬過程中攪拌釜的模型只取液面以下的部分，以裝有I號盤管的攪拌釜為例，具體參數如下表：為了驗證模擬方法的可靠性，物性參數設置也要與實驗相吻合。動區域和靜區域均設定為甘油，盤管內設定為水。模擬過程中盤管內水的溫度變化較小，物性可設為定值，密度為998k·m-3，比熱容為4200J·kg～·K-1，導熱系數為O．6W·m～·K-1，黏度為0．001 Pa·s。甘油的密度、比熱容和導熱系數隨溫度變化不大且對攪拌釜內傳熱影響較小，故可分別設

攪拌釜對流傳熱過程的數值模擬方法[ 01-24 08:05 ]

上章通過對流傳熱實驗測量計算了盤管外側對流傳熱系數，進而比較不同螺距盤管的換熱效果，結果可靠，但局限性也很大，一是實驗過程耗費大量人力、物力，二是無法采得清晰準確的速度場和溫度場分析原因，三是設計參數一旦確定，要改變則只能定制新的設備，不僅浪費時間，而且重復性無法保證，可能引入其他干擾因素影響實驗結果。所以，目前很多學者更傾向于采用CFD軟件模擬的方法來研究攪拌釜性能。本章采用與實驗相同大小的模型(包括裝有I—V號盤管的五個攪拌釜模型)對N-300rpm況下的冷卻傳熱過程進行模擬，得到速度場和溫度場，并

攪拌釜的模擬方法[ 01-23 10:05 ]

攪拌釜內流場數值模擬的難點主要在于運動的槳葉與靜止的壁面之間因相對速度不同而產生的影響作用。很多學者陸續提出了各自的解決方法，主要包括：黑箱模型法、內外迭代法、滑移網格法和多重參考系法。其中，滑移網格法(SlideMethod，簡稱SM)和多重參考系法(Multiple Ref-erence Frame，簡稱MRF)模擬效果較好，被FLⅦNT軟件采用。MRF法最初由Luo等在1994年提出，其核心思想是將計算區域劃分為兩個獨立的區域，攪拌槳及附近的區域定義為動區域，采用旋轉速度與攪拌槳轉速相同的運動坐標系，而其他的

標準k-з加模型[ 01-23 09:05 ]

最簡單的完整湍流模型是兩方程模型，需要求解速度和長度尺度兩個變量。標準k-з模型是通過實驗得到的半經驗模型。模型假設流體處于完全湍流狀態且忽略分子黏性的影響，通過精確的方程推導得到湍動能輸運方程，通過無力推導、數學上模擬相似原型方程得到耗散率方程，表達式如下：式中：Gb為由浮力產生的湍動能項；Gk為由平均速度梯度產生的湍動能項； 場為可壓縮流體的湍流流動脈動擴張項；C1、C2、C3。為模型的經驗常數；o1和o2分別為k和з的湍流Prandtl數。由于忽略分子粘性力對流動的影響，標準k-з模型適用于完全湍流流體的模擬

CFD湍流模型[ 01-23 08:05 ]

流體流動的三大守恒定律：質量守恒、動量守恒和能量守恒定律可用一個通用的微分方程表達為：其中多代表因變量，I代表時間項，II代表對流項，III代表擴散項，Ⅳ代表源項。當Φ分別等于1，u，T，k和s時，式1．20分別代表了質量、動量、能量、湍流動能和湍流動能耗散率的守恒方程。層流區域的動量守恒方程，即N-S方程為：湍流區域的動量守恒方程較層流方程增加了雷諾應力張量一項，即：本文所使用的FUJENT軟件提供了多種湍流模型：標準加模型、重整化群抽模型、可實現露嵋模型、層流模型、Spalan-A11nlaras單方程模型、砌

CFD簡介[ 01-22 10:05 ]

CFD進行流動和傳熱模擬分析的基本思想是利用一系列有限個離散點上的變量值來代替空間域上連續的物理量的場，如速度場和溫度場，之后，按照流體力學原理建立這些離散點上變量之間的代數方程組，通過求解這些方程組來獲得場變量的近似值。常用的CFD軟件包括CFX、FLUENT、PHOENICS、STAR-CD等。CFD軟件包括三個主要環節：前處理、求解過程和后處理，對應的程序模塊分別為前處理器、求解器和后處理器。前處理環節是向CFD軟件輸入待求問題的相關數據，這個過程要借助與求解器對應的對話框等圖形界面完成，一般分為以下幾個步驟

流動特性[ 01-22 09:05 ]

攪拌反應釜內的流動特性包括葉輪雷諾數、攪拌功率、流體循環量和壓頭等。攪拌釜內的雷諾數表達式為：其中，d為槳徑，Ⅳ為轉速。一般認為，Rg≤10處于層流區，Re≥10000處于湍流區，10≤Re≤10000時為過渡流區。攪拌功率是流體攪拌程度和運動狀態的量度，也是選擇電機功率的重要依據。攪拌功率的影響因素十分復雜，主要分為幾何因素和物理因素兩大類，包括以下三個方面：一是攪拌器的幾何參數和操作參數，包括攪拌器直徑、寬度、槳葉角度、安裝位置及轉速等；二是攪拌釜的結構，包括內徑、液高、擋板數等；三是攪

傳熱部件[ 01-22 08:05 ]

強放熱反應過程中為了使反應溫度維持在一定范圍內，需要有傳熱部件對反應物料進行冷卻。攪拌反應器內常用的傳熱部件有夾套、內構件、內附件以及攪拌反應器本身，其中，內構件包括橫向和豎式盤管，內附件包括擋板和導流筒等。選擇傳熱部件的一般順序為：當夾套能夠滿足換熱需求時，首先選擇夾套，這樣可以減少容器內構件，不影響釜內流體流動，不占用有效體積且易于清洗；當夾套的換熱面積不夠時，可增設內盤管；若換熱仍達不到要求，可選用擋板或將攪拌器本身做成空心結構，內通入載熱介質進行換熱。夾套根據結構形式可以分為整體夾套、蜂窩夾套、半管夾套和螺

攪拌器[ 01-21 10:05 ]

攪拌器是攪拌反應釜的主要部件，它將自身機械能通過轉動轉化為周圍流體的動能，強化反應物料的傳質與傳熱。攪拌器的流型對攪拌效果影響很大，攪拌器的改進和新型攪拌器的開發通常都從流型著手。影響流型的因素主要有攪拌方式、容器形狀、攪拌器形狀等幾何特征，以及流體性質轉速等。對于工業上應用最多的立式圓筒攪拌釜，將產生三種基本的流型，如圖所示：徑向流：流體垂直于攪拌軸沿徑向流動，在容器壁面處分成上下兩股，再分別回到葉端，不穿過葉片形成兩個循環流，見圖1．2(a)。軸向流：流體平行于攪拌軸向下流動，到達容器底向上折回，形成整體循環流

攪拌反應釜結構[ 01-21 09:05 ]

攪拌反應釜主要由攪拌裝置(傳動裝置、攪拌軸、攪拌器)、軸封和攪拌容器(簡體、傳熱裝置、附件)三大部分組成，根據安裝形式可以分為立式容器中心攪拌反應釜、底攪拌反應釜、傾斜式攪拌反應釜、偏心式攪拌反應釜、臥式容器攪拌反應釜和旁入式攪拌反應釜等，其中，立式容器中心攪拌反應釜是應用最為普遍的一種。圖1．1是一個典型的立式攪拌反應釜。立式反應釜釜底封頭一般為橢圓形，也有平底、錐形底等，有時也可用方形釜。攪拌機包括攪拌軸、攪拌器和傳動裝置。傳動裝置包括電動機、軸承、變速器、聯軸器和機架等，它的作用是使攪拌軸獲得所需扭矩，以一定

永磁攪拌技術的應用特點[ 01-21 08:05 ]

1)高密度磁場特性永磁系統的高密度磁場是由特種高性能永久磁鋼經特殊處理產生，永磁系統的攪拌功能強大，安裝維護簡單，經濟效益明顯，由永磁產生的行波磁場是熔池鋁水流動的動力，它的低頻磁場具有較好的穿透深度，從而可以使耐火材料保持正常的厚度。2)獨特的攪拌特點由永磁體產生的磁場是攪拌的動力，它可根據生產中的需要大范圍調節攪拌速度和鋁液流速、攪拌能力強勁，鋁液的流向可交替變換，間隔時間任意可調，消除攪拌死角，同時產生翻騰效果，有效的降低了熔池和爐膛頂部的溫差，均勻的攪拌改善了鋁合金的品質。3)縮短熔煉時間，增加生產率250

永磁攪拌技術的工作原理[ 01-20 10:05 ]

永磁鋁水攪拌裝置是靠ZMAG永磁鐵所產生的磁力場對金屬液體進行非接觸攪拌。永磁攪拌器相當于一個氣隙很大的使用永磁體磁場的電機，感應器相當于電機的定子，鋁熔液相當于電機的轉子。永磁鋁水攪拌機內置的多極磁場在電機的帶動下產生交變磁場。磁場和熔池中的金屬液體相互作用產生感應電勢和感生電流，這種感生電流又和磁場作用而產生電磁力，從而推動金屬液體做定向運動，起到攪拌的作用。永磁鋁水攪拌機置于鋁熔爐底部，熔池底部的鋁熔液所獲得的攪拌力相對較大，頂部的攪拌力相對較小，合理設置攪拌強度，即可獲得充分均勻的攪拌效果，又不破壞熔體表面

永磁攪拌技術的技術分析[ 01-20 09:05 ]

永磁攪拌技術的誕生，不僅克服了傳統攪拌方式的所有缺陷，而且能有效加速金屬的熔解，減少燒損，提高產品質量，同時該技術在節約能源，減少環境污染方面效果顯著。目前，全球性的能源危機日趨嚴重，節約能源，走可持續發展之路成了我們唯一的選擇，我國相繼出臺了一系列對高能耗和高污染的企業和設備加強調控力度的政策，壓縮其發展規模，而有色金屬熔煉正是高耗能行業的代表。于是永磁攪拌技術在這一大背景下，得到了快速的發展。磁攪拌可以在充分滿足合金成分均勻性這一要求下，達到節約能源的目的，這是因為磁攪拌最大的好處是能夠減少3%-5%的燒損，降

蓄熱式燒嘴在熔鋁爐應用中出現的問題及處理辦法（3）[ 01-20 08:05 ]

爐內壓力過高現象這種情況通常是由于蓄熱陶瓷小球被粉塵堵塞造成的。熔鋁爐生產過程中產生大量的粉塵,在正常情況下,三個月左右火焰就會出現發散的現象,主要原因是陶瓷小球間粉塵堆積、堵塞,使排煙能力出現名顯的下降,爐內壓力也出現偏高的現象。這時應及時更換新的陶瓷小球以維持正常生產。更換時先打開卸球口,將蓄熱室內的陶瓷小球和粉塵放出來,通過篩分等方法將陶瓷小球和粉塵分離,然后關上卸球口,打開裝球口,把陶瓷小球重新裝如蓄熱室內。有時粉塵附著在陶瓷小球上凝結在一起,很難使其分離,可以通過高壓水槍沖洗的辦法除去,然后把陶瓷小球放進

蓄熱式燒嘴在熔鋁爐應用中出現的問題及處理辦法（2）[ 01-19 10:05 ]

蓄熱室出口煙氣溫度過高蓄熱室出口溫度上限通常設定在℃,其目的主要有兩方面一是較經濟地回收煙氣中的余熱,二是有利于換向閥、排煙管道和排煙機在適合溫度的下工作。在實際生產過程中,有時會出現蓄熱室出口煙氣溫度過高而報警的現象,這種情況大多數出現在爐子長時間保溫狀態,這是因為在該狀態下,爐子需要的熱負荷極小,主燒嘴長時間處于熄滅狀態,兩個換向閥也是處于關閉位置,而鼓風機、排煙機仍在正常運行中,如果排煙換向閥關閉不嚴,高溫煙氣仍會不斷被抽出。當蓄熱室蓄熱量達到上限時,就會出現煙氣溫度過高現象。工作時,排煙換向閥閥板易受熱變形