旋转填充床内微观混合的数学模型及其计算

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该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,针对该文所研究的反应器——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,该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.故该文引入两个参数,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,根据该文的研究结果,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.
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