刮膜式分子蒸餾器液膜停留時(shí)間分布及傳熱研究.pdf

1、分子蒸餾是根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的不同而進(jìn)行分離的技術(shù)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。分子蒸餾技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是適用于熱敏性、高沸點(diǎn)物系的分離。分子蒸餾設(shè)備中以刮膜式分子蒸餾的應(yīng)用最為廣泛。因刮膜式分子蒸餾存在刮擦成膜，流體流動(dòng)機(jī)理復(fù)雜，在理論研究和應(yīng)用研究方面均有待深入。本文分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬方法，研究了刮膜式分子蒸餾裝置中液膜的停留時(shí)間分布，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)CFD模擬對(duì)刮膜式分子蒸餾蒸發(fā)面的液膜流場(chǎng)及傳熱進(jìn)行了研究。
　　本文的工作介

2、質(zhì)分別采用去離子水以及不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（50％、70%）的甘油-水溶液，將亞甲基藍(lán)溶液通過(guò)脈沖示蹤法注入，再通過(guò)紫外分光光度計(jì)進(jìn)行定量分析，得到不同工況下刮膜式分子蒸發(fā)器上液膜的停留時(shí)間分布密度函數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明：物料進(jìn)口速率增加，平均停留時(shí)間變小，此時(shí)，液膜補(bǔ)充更新能力加強(qiáng)；液膜平均停留時(shí)間隨刮膜器轉(zhuǎn)速先增大，達(dá)到峰值后減小；物系黏度越大，液膜平均停留時(shí)間越長(zhǎng)，此時(shí)，蒸發(fā)面上的液膜軸向返混水平增高。
　　本文通過(guò)CFD模擬，得到了同一工

3、況下standardκ-ε模型、RNGκ-ε模型與Realizableκ-ε三種湍流模型停留時(shí)間分布密度函數(shù)圖，發(fā)現(xiàn)出口截面上的均勻分布的四個(gè)點(diǎn)停留時(shí)間分布曲線形態(tài)近似，這說(shuō)明流體在分子蒸發(fā)壁面上的分布是均勻的；液膜內(nèi)粒子軌跡圖顯示液體在蒸發(fā)面上為螺旋下降；湍流主要發(fā)生在轉(zhuǎn)子前方，繞轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子相距約90度處液膜湍動(dòng)最為劇烈。
　　通過(guò)CFD軟件Fluent對(duì)該分子蒸發(fā)器的傳熱進(jìn)行模擬，通過(guò)改變其操作參數(shù)，分析其溫度場(chǎng)：物料進(jìn)口溫度

4、低于蒸發(fā)壁面溫度，需要一部分蒸發(fā)表面加熱物料；這部分表面沿軸向的溫度梯度較大，物料被迅速加熱，當(dāng)物料加熱到一定溫度后，沿軸向溫度不再變化，軸向溫度梯度趨于零；由于轉(zhuǎn)子部分存在頭波，轉(zhuǎn)子前后溫度分布呈“V”字型；在低轉(zhuǎn)速區(qū)域（90-180rpm），傳熱系數(shù)隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增大而增大，上升趨勢(shì)明顯，但隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步加大，傳熱系數(shù)反而略有下降；模擬選取的流量范圍內(nèi)，傳熱系數(shù)隨著進(jìn)料流量的增大而增大，到了一定速率后有減小的趨勢(shì)；選擇適當(dāng)?shù)臏囟?/p>