多相流流体动力学过程强化与功能化

卧式缩聚反应器成膜特性 新型塔式缩聚反应器成膜特性
成果应用
圆盘反应器研究结果用于第一条五釜流程
的10万吨/年国产聚酯生产线建设，已于2000 年底在仪征化纤建成，结束了我国大型聚酯 装置只能依靠引进的历史；获2002年度国家 科技进步二等奖；

笼式反应器研究结果用于15万吨/年三釜 流程的聚酯国产装置建设，已于2004年7月在 上海石化开车成功；2005年度中石化科技进 步一等奖；
εg
ຫໍສະໝຸດ Baidu
0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 5 10 15 20 25 30
Ug, m/s 0.024 0.048 0.072 0.096 0.145 0.193 0.241
35 40
Ugc, m/s
0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0
KLa/s
0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 20 30 40 50 60 70
o
-3
Qg(vvm): 0.5 PTU4181+RT169: 6k5U190+RT169:
2.0
f 400; Std.Baf.; c=128, s=328, H=1.4T ,p=30 8 pipe sparger: f 4,d 240
模拟介质
粘性介质： 糖浆 粘弹性介质 ：糖浆加聚丙烯酰胺配制的 Boger流体
方法
摄影、摄像、激光多普勒测速仪、CFD 成膜状况、液膜速度、膜厚、混合时间、 液位差、功耗等
研究对象
圆盘反应器 笼式反应器 栅格降膜塔式缩聚反应器
卧式缩聚反应器
新型塔式缩聚反应器中试平台
部分结果
多相流流体动力学 过程强化与工程化
沈春银 华东理工大学化工学院 ichuny@ecust.edu.cn 2011.11.18
目录
多相中低粘反应体系 高粘反应体系
多相中低粘反应体系
概述
基本原理： 流体力学 研究方法： 理论解析、实验观测、数值计算 研究目标： 设备设计、放大、强化 落实措施： 内构件设计、组合匹配、优化 测试技术： 流场显示、模拟、在线反馈
80
90
100
0
1000
2000
3000
4000 Pg/V,
5000 w/m
3
6000
t/ C
气液传质的温度效应
鼓泡反应器
不同桨型组合的气液传质
搅拌反应器
气液固三相行为
0.40
DT=383 mm, H/DT=1.5
4-nozzle sparger 0.35 d/D =0.6, d =10.5 mm T 0
设备与内容
设备与内容
φ200恒压、恒流鼓泡反应器 主要研究气泡动力学： 单气泡的形成、分裂； 气泡的形态、结构； 多气泡的相互作用； 气相诱导液相运动行为 φ400釜常温模拟反应器 主要研究内构件组合强化： 桨型及桨叶组合； 挡板； 气体分布器； 导流筒；
φ800、φ1200大型模拟反应器 φ300非等温模拟反应器 主要研究流体动力学温度效应： 主要研究： 内构件组合强化； 蒸气泡形成机制； 流场控制参数优化； 气液传质行为； 反应器尺寸效应； 热质耦合下的蒸发与冷凝； 工程放大策略； 固相行为特性；
H/D=3 Ug=0.204m/s No.4
-6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 -22 -18
log2Cm
embedding dimension: 2 middle scale embedding dimension: 24 small scale
small scale middle scale
成果应用
PX氧化反应器流体混合与气体分散技术
扬子石化
二甲苯新型搅拌氧化反应器工业试验
燕山石化
10万吨/年PX氧化反应器搅拌机工业试验
扬子石化
80万吨/年PTA装置鼓泡氧化反应器流动模型研究
金山石化
高粘反应体系
高粘缩聚反应器 高粘缩聚反应器必须具备优良的流动 和传递性能，并且能适应高粘、变粘：
large scale
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
-2
0
2
log2r
log2r
鼓泡反应器非线性特征之关联曲线
鼓泡反应器
CFD模拟
搅拌釜内的构件匹配优化
部分课题
化学反应过程工程化关键科学问题研究， 上海市科委重大基础项目； 80万吨/年大型PTA装置关键技术研发和工业应用， 上海市科委产学研项目； 100万/年PTA装置PX氧化反应器工程化开发， 中石化“十条龙”攻关项目； PX氧化机械搅拌反应器结构设计相关工程问题， 扬子石化
Thanks for your attention！
气液两相行为
单孔气泡形成与分裂
气相诱导液相运动流场
气液两相行为
2.0
0.18 0.16 0.14 0.12
-1
KLa*10 , hr
tap water Ug=0.009 m/s Ug=0.017 m/s Ug=0.026 m/s Ug=0.035 m/s Ug=0.043 m/s
1.8
-1
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
平推流，无死区，保证产品质量均一性；
比界面大，需成膜面积大和表面更新快; 能实现成膜熔体和主体熔体的良好交换，以 保证每微元物料传质机会均等; 能尽量缩短小分子的扩散途径，即形成较薄 的熔体膜。
研究目的
传递性能的结构、尺寸及操作效应
研究内容
成膜、更新 传质 混合、流动 持液量、功耗
Cs, % (v/v)
5
10
15
20
25
30
Cs, %(V/V)
固相浓度与气含率
分布器结构与临界悬浮气速
鼓泡反应器
非线性特征——多尺度运动
0 -2 -4
2
H/D=3 Ug=0.204m/s No.4 large scale
Slope
22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4
0.30 0.25
GB1560 dp=154 um
p=1560 kg/m
3
0.32 0.30 0.28 0.26 0.24 0.22 0.20
d/DT=0.25 d/DT=0.40 DT=383 mm, H/DT=1.5 4-nozzle sparger d0=10.5 mm GB1560 d/DT=0.60 d/DT=0.75 Single nozzle, d0=21 mm