旋转填充床内微观混合的数学模型及其计算

本文研究了旋转填充床内液—液相反应时，填料内液体微元间的微观混合情况。在层状扩散模型和聚并分散模型的基础上，建立了一个新的数学模型，以1—萘酚与对氨基苯磺酸重氮盐这一竞争串联偶氮化合反应体系为例，计算了反映微观混合状态的离集指数。为旋转填充床用作液—液相混合反应设备打下了一定基础，希望最终能预测反应结果并指导试验和生产过程。 比较了各种微观混合模型的优劣，针对本文所研究的反应器——旋转填充床，采用了层状扩散模型作为每个微元反应的计算模型。由于无量纲对流速度过大，本文采用在移动坐标下对该模型推导出的扩散—反应方程组进行离散和求解。计算了两种不同速度下的反应结果，给出各物质的浓度分布并进行分析， 由于旋转填充床内液体微元在填料里存在的形式和形状多种多样的，并且微元之间是随机组合发生反应的，若将影响反应的诸多因素都原原本本地考虑进去将会是一个很复杂，计算量也很大的工作。故本文引入两个参数，建立了一个可行的计算数学模型，将层状扩散模型这个微观过程与宏观反应联系在一起。在不同的转速和不同的体积比下，计算得到了与试验值较符合的离集指数。并分析了两个参数对离集指数的影响。 该模型在考虑填充床内液体微元不连续的同时，将液体微元进行分类并对浓度平均。这样的做法大大减少了液体微元间反应组合类型，减少了计算量，使计算简化，并且避免了用Monte Carlo法计算该问题时对微元进行标记的困难。 最后，根据本文的研究结果，作者认为有必要加强旋转填充床的基础研究，进一步了解旋转填充床内液体的流动状况，使模型更加完备，适用性更广泛。