氯化法是目前生產(chǎn)高檔鈦白粉的先進技術,其中氧化過程是氯化法制取鈦白工藝最關鍵的階段,氧化反應器是工藝的核心設備,氧化反應器中氣體的混合情況與反應器壁面結疤情況、產(chǎn)品的質量緊密關聯(lián)。氯化法生產(chǎn)鈦白工藝中氧化反應器內,高溫O 2與預熱的TiCl4(g)需要在極短的時間內和極小的空間內進行迅速、均勻、密切的混合,本文針對反應器內氣體混合情況進行數(shù)值模擬計算,研究氧化反應器流場分布隨各因素的變化趨勢,為實際生產(chǎn)工藝中優(yōu)化氧化反應器結構提供參考依據(jù)本文采用有限元分析軟件ANSYS中DesignModeler建模組件構建氧化反應器3 D幾何模型,并聯(lián)立流體力學基本方程及湍流模型建立氣體混合模型,通過ANSYS中FLUENT計算流體力學組件對氣體混合模型進行數(shù)值模擬分析。根據(jù)已知文獻的實驗結果數(shù)據(jù),采用兩股常溫空氣模擬預熱的TiCl4(g)與高溫02(g),在模擬條件與實驗條件完全相同的設置下,對兩股空氣的混合情況進行模擬計算分析,并將分析結果與實驗結果進行比較通過分析可知,數(shù)值模擬得到的氧化反應器內濃度分布曲線隨射流環(huán)結構與動量比的變化規(guī)律與實驗得到的變化規(guī)律基本一致,驗證了氣體混合模型的準確性。采用氣體混合模型進行預熱的TiCl4(g)與高溫02(g)混合計算,對氧化反應器內部的流場分布情況進行分析。通過對流場的分析可知,氣體分布環(huán)對通入的預熱TiCl4(g)有均勻分布的效果,射流環(huán)對TiCl4(g)進行加速射流的作用；軸向氣流與射流氣流混合時,有一部分軸向氣流回流混合初始區(qū)域產(chǎn)生漩渦；射流氣流與軸向氣流混合時,混合氣流速度變化較大,混合初始區(qū)域湍動急劇,湍動能及湍流耗散率較大；隨著軸向距離逐漸增大,混合氣體的氣體分布不均勻度逐漸增大,氣體混合不均勻度逐漸減小,氣體混合越均勻分析了氧化過程中各因素改變時氧化反應器中各截面的射流氣流徑向相對摩爾分數(shù)分布情況,研究各因素對氣體混合效應的影響規(guī)律。結果表明：在氧化反應器射流環(huán)結構固定的情況下,隨著動量比增大,氣體混合均勻性較好,但當動量比達到一定值時,繼續(xù)增大動量比則氣體混合均勻性降低；在射流環(huán)總開孔面積固定,且保持動量比及軸向氣體流量不變的情況下,開孔數(shù)量對氣體混合均勻性的影響與動量比相似,存在著一個最佳的射流環(huán)開孔數(shù)量,使氣體混合均勻性達到最好；在射流環(huán)開孔數(shù)目固定不變時,射流環(huán)開孔率存在著固定值,當開孔率低于固定值時,氧化反應器內TiCl4(g)會形成回流現(xiàn)象,大于固定值時,則氣體混合效果變差；氧氣流量會對氣體混合造成一定的影響,當氧氣稍微過量時可以得到較好的氣體混合效果。最后對綜合因素影響的氣體混合數(shù)值模擬結果進行方差分析,分析不同因素對氣體混合均勻性的影響程度。結果表明射流環(huán)開孔數(shù)量和開孔率對氣體混合均勻性具有顯著的影響,而氣體動量比、氧氣流量對氣體混合均勻性的影響則較小。
【學位單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TF823
【部分圖文】：

也能運用于工業(yè)化生產(chǎn)。目前工業(yè)上應用較為廣泛的是預燃燒式氧化反逡逑應器，化在燃燒室中加熱后，通入反應器與預熱的Ｔｉｃｋ反應，這種反應器有效逡逑地結合了前兩種反應器的優(yōu)點，反應條件穩(wěn)定、混合效果好。圖２．１所示是一個逡逑典型的預燃曉式氧化反應器。逡逑預燃燒式氧化反應器主要分為燃燒區(qū)、混合區(qū)、反應區(qū)三個部分，混合區(qū)是逡逑其關鍵部位，決定著高溫化與預熱的Ｔｉａ４的混合效果，最終影響鐵白粉的質量。逡逑氧化反應器的混合區(qū)一般由四氯化}進氣分布環(huán)、射流環(huán)組成，也可在其中設置逡逑清洗環(huán)和氣膜保護環(huán)。逡逑２．２氣體混合模型逡逑ｉｎｌｄ－２逡逑灥氣管逡逑軸向ｆ氣管氣體分布環(huán)邐ｏｕｔｌｅｔ逡逑ｉ媻．．．．．Y"心逡逑＼射流環(huán)氧化區(qū)逡逑圖２．２氯化鐵白中氧化反應器的幾何結構逡逑實際工藝生產(chǎn)中，氧化反應器的結構十分復雜，包括除瘡裝置、冷卻裝置等。逡逑本課題主要研究的氧化反應器內部速度場、濃度場等，為了研究方便，對氧化反逡逑１８逡逑

應器結構進行簡化，將其中的主要特征及關鍵結構呈現(xiàn)出來，而不考慮其他非重逡逑要因素和次要結構。本課題采用的氣體混合模型是在氧化反應器結構基礎上進行逡逑簡化得到的，幾何結構圖如圖２．２所示，它是Ｗ某企業(yè)實際應用的氧化反應器為逡逑原型，具體結構參數(shù)見表２．１。逡逑高溫氧氣流從燃燒區(qū)出來后通過軸向進氣管（ｉｎｌｅｔ－ｌ）均勻地流入混合區(qū)，逡逑預熱后的四氯化鐵蒸汽通過切向進氣管（ｉｎｌｅｔ－２）進入，經(jīng)過氣體分布環(huán)進行均逡逑勻分布，并經(jīng)過射流環(huán)后Ｗ射流的方式高速噴入高溫氧氣流。逡逑邐表２．１邋氧化反應器結構參數(shù)邐逡逑結構邐＾邐逡逑軸向進氣管邐內徑１８６邋ｍｍ，長６００邋ｍｍ逡逑切向進氣管邐內徑８０邋ｍｍ，長５００邋ｍｍ逡逑氧化管邐內徑１８６邋ｍｍ，長１０００邋ｍｍ逡逑射流環(huán)邐內徑１８６邋ｍｍ

逑形狀、射流股數(shù)、射流速度，涉及到射流結構、流動行為、能量耗散、卷吸率等，逡逑影響氣體混合情況并最終決定產(chǎn)品質量，如圖２．３所示。氣體分布環(huán)是實現(xiàn)氣體逡逑均勻分布的常用設備，在氯化法工藝中是氣體均勻混合的保證，常采用環(huán)形分布逡逑器，如圖２．４所示。逡逑■Ｉ邐邋－■邐Ｉ邋—邐ｉｉ逡逑ｍ邋％邋一｜逡逑圖２．４氣體分布環(huán)結構逡逑（圖為縫狀開孔，共１６縫的結構）逡逑２．３模型求解步驟逡逑數(shù)值模擬的計算求解步驟有Ｗ下幾步：建立幾何結構模型、劃分網(wǎng)格、選擇逡逑模擬方法、設定條件參數(shù)、求解計算、結果分析。逡逑本課題采用ＦＬＵＥＮＴ軟件的集成環(huán)境ＡＮＳＹＳ邋Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中的前處理軟件逡逑ＤｅｓｉｇｎＭｏｄｅｌｅｒ，建立氧化反應器幾何結構模型，如圖２．２所示。逡逑圖２．５劃分網(wǎng)格后的氧化反應器模型逡逑將幾何結構導入網(wǎng)格劃分軟件，采用自動掃掠的方式進行幾何結構模型的網(wǎng)逡逑２０逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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2 楊緒壯,袁章福,王志,李濤子,徐聰;氯化法鈦白氧化反應器的設計技術[J];化工設計;2004年01期

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本文編號：2828885