黃磷脫砷中文丘里反應(yīng)器的流固耦合研究

王曉靜，李曉悅

(天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072)

黃磷是眾多含磷化合物的基本原料，隨著市場對高純度磷化工制品數(shù)量和質(zhì)量提出了新的要求，有必要對高純度黃磷制備的工藝技術(shù)進行進一步的研究。通常，黃磷脫砷工藝利用機械攪拌器使黃磷與氧化性介質(zhì)混合反應(yīng)，進而達到凈化效果[1]。然而，使用機械攪拌存在很多不足之處，諸如處理后含砷量高，產(chǎn)品純度低，大規(guī)模生產(chǎn)安全性差等。為解決這些問題，運用兩相射流混合技術(shù)，用雙氧水連續(xù)氧化脫除工業(yè)黃磷(砷質(zhì)量分數(shù)在400×10-6以上) 中的砷而制取低砷磷(砷質(zhì)量分數(shù)低于10×10-6) 的技術(shù)近年來發(fā)展迅速。

文丘里反應(yīng)器是利用噴射技術(shù)和射流紊動擴散作用研制出來的流體機械[2]。由于本身沒有運動部件，因而結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，制造容易，安裝維護方便，密封性好，便于綜合利用，在許多工藝流程中如化學(xué)工業(yè)、石油開發(fā)等領(lǐng)域應(yīng)用具有明顯的優(yōu)越性和不可替代性。目前，針對文丘里的尺寸優(yōu)化[3-5]、流場模擬[6-8]和實驗研究[9-11]等成果較多，但通常是從理論分析和實驗研究上進行相關(guān)研究，而將其用于具體的化工過程——黃磷脫砷過程的流固耦合研究并不多見，鑒于高速雙氧水流體對文丘里及噴嘴產(chǎn)生了一定程度的沖擊，因此有必要對文丘里反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)性能進行相應(yīng)研究和分析。

本研究采用FLUENT模擬得到文丘里內(nèi)部流場，并結(jié)合結(jié)構(gòu)靜力分析考察噴嘴及文丘里內(nèi)壁面的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，探索高速流體的沖擊對文丘里內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響情況，為將來文丘里反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化提供可以參考的數(shù)據(jù)和結(jié)論。……