振蕩流結(jié)晶過(guò)程傳熱效應(yīng)的模擬分析

孫明慶, 廉士俊, 強(qiáng)偉麗, 馬學(xué)虎, 蘭 忠

(遼寧省化工資源清潔利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 大連理工大學(xué) 化學(xué)工程研究所, 遼寧 大連 116024)

1 前 言

結(jié)晶作為一種純化和分離工藝，廣泛應(yīng)用于化工和制藥過(guò)程。混合和傳熱是冷卻結(jié)晶過(guò)程的關(guān)鍵工藝參數(shù)，它們決定了過(guò)飽和度的空間分布，從而影響晶體產(chǎn)品的質(zhì)量和性質(zhì)[1-3]。傳統(tǒng)攪拌方式由于局部混合較差，傳熱速率低和剪切速率不均，容易產(chǎn)生較寬的停留時(shí)間分布，導(dǎo)致較寬的產(chǎn)品尺寸分布[4-6]，結(jié)晶過(guò)程及晶體產(chǎn)品質(zhì)量控制有一定的局限。

研究表明，對(duì)于含有周期性間隔孔板的管道，當(dāng)流體受到疊加在凈流量上的振蕩時(shí)，可以表現(xiàn)出有效流體混合和類似活塞流停留時(shí)間間分布[7-8]。同時(shí)，停留時(shí)間獨(dú)立于進(jìn)料量，可以由由振幅和頻率控制[9]。這種管式結(jié)晶器可以用于連續(xù)操作作，由于具有良好的混合和傳熱性能，能夠嚴(yán)格控控制局部過(guò)飽和度，可以抑制爆發(fā)成核并實(shí)現(xiàn)晶體的均勻勻生長(zhǎng)[10-12]。

此外，在常見(jiàn)的振蕩流反應(yīng)器器中，當(dāng)流動(dòng)振蕩和擋板同時(shí)存在時(shí)具有明顯的傳傳熱增強(qiáng)效應(yīng)[13-14]。例如MACKLEY 和STONESTREETT[13]測(cè)試了內(nèi)徑為12 mm 并帶有擋板的振蕩流反應(yīng)應(yīng)器傳熱性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)疊加振蕩時(shí)，努塞爾數(shù)Nu 可達(dá)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的30 倍。SOLANO 等[15]對(duì)內(nèi)插螺旋線管振振蕩流反應(yīng)器進(jìn)行了計(jì)算流體力學(xué)CFD 數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)傳傳熱速率強(qiáng)烈依賴于振蕩雷諾數(shù)Reo，與斯特勞哈爾爾數(shù)St 關(guān)系并不明顯。ONYEMELUKWE 等[16]研究了內(nèi)徑徑為5 mm 光滑周期收縮孔SPC 管的傳熱性能，發(fā)發(fā)現(xiàn)傳熱主要由Ren決定，St 比Reo影響要大。……