氣液攪拌反應器放大的原理、模型和方法

《氣液攪拌反應器放大的原理、模型和方法》是依託北京化工大學，由高正明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氣液攪拌反應器放大的原理、模型和方法
• 依託單位：北京化工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：高正明

項目摘要

氣液攪拌反應器的科學放大是石油化工節能減排亟待解決的技術瓶頸之一。通過學科交叉，對氣液攪拌反應器內混合、流動、傳遞和反應過程開展實驗研究、理論分析和數值模擬，突破氣液攪拌反應器科學放大的若干關鍵難題，即：氣液兩相的微觀混合機理與模型、氣液兩相的相間相互作用機理與模型、氣液兩相的流場結構與功能、氣液兩相的流動傳遞和反應過程的耦合計算，建立攪拌反應器內氣液兩相體系的混合、流動、傳遞和反應的多尺度物理和數學模型以及相關的高效數值方法，耦合模擬氣液攪拌反應器內混合、流動、傳遞和反應過程，闡明氣液攪拌反應器最佳化調控的原理及規律，構建氣液攪拌反應器科學放大的理論和方法。研究成果將促進大型高效氣液攪拌反應器的開發和石油化學工業技術的提升，並推動化學工程學科向定量化和機理性方向發展。

結題摘要

針對過程工業中常用的氣液攪拌反應器放大問題和放大過程中遇到的瓶頸，本項目利用實驗和數值模擬的方法對氣液攪拌反應器內的巨觀/微觀混合，氣液相間作用，流場結構以及氣液傳質性能等多個方面展開了研究。在氣液攪拌反應器的巨觀/微觀混合特性方面，在常見的操作狀態（如常溫及沸騰態）、攪拌器形式（如單層及多層組合槳）等條件下，考察了攪拌槽內槳葉排出流區域、液面以及近壁面處的微觀混合效果，不同溫度下氣液攪拌槽功率消耗、巨觀混合特性的差異等內容；在氣液相間作用方面，從氣泡的連線、聚並行為入手，考察了氣泡在氣液兩相體系中從獨立上升，到相互靠近，以及連線，最後達到聚並的整個過程中的速度、受力、排液等方面的行為和特點，此外，還對氣泡在湍流場中的破碎行為的全過程進行了描述；在氣液攪拌反應器的流場結構和傳質特性方面，考察了槳徑變化對多層槳氣液攪拌槽內流體力學性能的影響、頂層槳徑對攪拌槽氣液分散特性的影響與最佳化、非常溫下諸多參數對局部氣含率的影響規律、熱態氣-液非凝並體系傳質性能、熱態多相凝並體系氣液分散及傳質性能等方面的內容。氣液攪拌反應器內巨觀/微觀混合的研究可為具有不同反應速率的操作體系的攪拌槳形式、加料口位置等參數的最佳化提供參考；氣液相間作用的研究可為反應器內氣液相互作用的過程提供模型描述；氣液攪拌反應器內流場結構和傳質性能的研究則可以為反應器內不同操作條件下槳徑的最佳化、攪拌槳組合形式的優選提供參考和借鑑。項目研究成果豐富，共發表學術論文18篇，培養博士研究生4人，碩士研究生11人，研究成果已成功套用於諸多大型工業發酵反應器之上。