氯化法是目前生產(chǎn)高檔鈦白粉的先進(jìn)技術(shù),其中氧化過程是氯化法制取鈦白工藝最關(guān)鍵的階段,氧化反應(yīng)器是工藝的核心設(shè)備,氧化反應(yīng)器中氣體的混合情況與反應(yīng)器壁面結(jié)疤情況、產(chǎn)品的質(zhì)量緊密關(guān)聯(lián)。氯化法生產(chǎn)鈦白工藝中氧化反應(yīng)器內(nèi),高溫O 2與預(yù)熱的TiCl4(g)需要在極短的時(shí)間內(nèi)和極小的空間內(nèi)進(jìn)行迅速、均勻、密切的混合,本文針對反應(yīng)器內(nèi)氣體混合情況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,研究氧化反應(yīng)器流場分布隨各因素的變化趨勢,為實(shí)際生產(chǎn)工藝中優(yōu)化氧化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)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(gòu)建氧化反應(yīng)器3 D幾何模型,并聯(lián)立流體力學(xué)基本方程及湍流模型建立氣體混合模型,通過ANSYS中FLUENT計(jì)算流體力學(xué)組件對氣體混合模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析。根據(jù)已知文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù),采用兩股常溫空氣模擬預(yù)熱的TiCl4(g)與高溫02(g),在模擬條件與實(shí)驗(yàn)條件完全相同的設(shè)置下,對兩股空氣的混合情況進(jìn)行模擬計(jì)算分析,并將分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較通過分析可知,數(shù)值模擬得到的氧化反應(yīng)器內(nèi)濃度分布曲線隨射流環(huán)結(jié)構(gòu)與動(dòng)量比的變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)得到的變化規(guī)律基本一致,驗(yàn)證了氣體混合模型的準(zhǔn)確性。采用氣體混合模型進(jìn)行預(yù)熱的TiCl4(g)與高溫02(g)混合計(jì)算,對氧化反應(yīng)器內(nèi)部的流場分布情況進(jìn)行分析。通過對流場的分析可知,氣體分布環(huán)對通入的預(yù)熱TiCl4(g)有均勻分布的效果,射流環(huán)對TiCl4(g)進(jìn)行加速射流的作用；軸向氣流與射流氣流混合時(shí),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(shí),混合氣流速度變化較大,混合初始區(qū)域湍動(dòng)急劇,湍動(dòng)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(shí)氧化反應(yīng)器中各截面的射流氣流徑向相對摩爾分?jǐn)?shù)分布情況,研究各因素對氣體混合效應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明：在氧化反應(yīng)器射流環(huán)結(jié)構(gòu)固定的情況下,隨著動(dòng)量比增大,氣體混合均勻性較好,但當(dāng)動(dòng)量比達(dá)到一定值時(shí),繼續(xù)增大動(dòng)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(dòng)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(dòng)量比相似,存在著一個(gè)最佳的射流環(huán)開孔數(shù)量,使氣體混合均勻性達(dá)到最好；在射流環(huán)開孔數(shù)目固定不變時(shí),射流環(huán)開孔率存在著固定值,當(dāng)開孔率低于固定值時(shí),氧化反應(yīng)器內(nèi)TiCl4(g)會形成回流現(xiàn)象,大于固定值時(shí),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(dāng)氧氣稍微過量時(shí)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(jié)果進(jìn)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(jié)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(dòng)量比、氧氣流量對氣體混合均勻性的影響則較小。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TF823
【部分圖文】：

也能運(yùn)用于工業(yè)化生產(chǎn)。目前工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛的是預(yù)燃燒式氧化反逡逑應(yīng)器，化在燃燒室中加熱后，通入反應(yīng)器與預(yù)熱的Ｔｉｃｋ反應(yīng)，這種反應(yīng)器有效逡逑地結(jié)合了前兩種反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，反應(yīng)條件穩(wěn)定、混合效果好。圖２．１所示是一個(gè)逡逑典型的預(yù)燃曉式氧化反應(yīng)器。逡逑預(yù)燃燒式氧化反應(yīng)器主要分為燃燒區(qū)、混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)三個(gè)部分，混合區(qū)是逡逑其關(guān)鍵部位，決定著高溫化與預(yù)熱的Ｔｉａ４的混合效果，最終影響鐵白粉的質(zhì)量。逡逑氧化反應(yīng)器的混合區(qū)一般由四氯化}進(jìn)氣分布環(huán)、射流環(huán)組成，也可在其中設(shè)置逡逑清洗環(huán)和氣膜保護(hù)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(yīng)器的幾何結(jié)構(gòu)逡逑實(shí)際工藝生產(chǎn)中，氧化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)十分復(fù)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(yīng)器內(nèi)部速度場、濃度場等，為了研究方便，對氧化反逡逑１８逡逑

應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，將其中的主要特征及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來，而不考慮其他非重逡逑要因素和次要結(jié)構(gòu)。本課題采用的氣體混合模型是在氧化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行逡逑簡化得到的，幾何結(jié)構(gòu)圖如圖２．２所示，它是Ｗ某企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的氧化反應(yīng)器為逡逑原型，具體結(jié)構(gòu)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(jìn)氣管（ｉｎｌｅｔ－ｌ）均勻地流入混合區(qū)，逡逑預(yù)熱后的四氯化鐵蒸汽通過切向進(jìn)氣管（ｉｎｌｅｔ－２）進(jìn)入，經(jīng)過氣體分布環(huán)進(jìn)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(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)邐逡逑結(jié)構(gòu)邐＾邐逡逑軸向進(jìn)氣管邐內(nèi)徑１８６邋ｍｍ，長６００邋ｍｍ逡逑切向進(jìn)氣管邐內(nèi)徑８０邋ｍｍ，長５００邋ｍｍ逡逑氧化管邐內(nèi)徑１８６邋ｍｍ，長１０００邋ｍｍ逡逑射流環(huán)邐內(nèi)徑１８６邋ｍｍ

逑形狀、射流股數(shù)、射流速度，涉及到射流結(jié)構(gòu)、流動(dòng)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(zhì)量，如圖２．３所示。氣體分布環(huán)是實(shí)現(xiàn)氣體逡逑均勻分布的常用設(shè)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(jié)構(gòu)逡逑（圖為縫狀開孔，共１６縫的結(jié)構(gòu)）逡逑２．３模型求解步驟逡逑數(shù)值模擬的計(jì)算求解步驟有Ｗ下幾步：建立幾何結(jié)構(gòu)模型、劃分網(wǎng)格、選擇逡逑模擬方法、設(shè)定條件參數(shù)、求解計(jì)算、結(jié)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(yīng)器幾何結(jié)構(gòu)模型，如圖２．２所示。逡逑圖２．５劃分網(wǎng)格后的氧化反應(yīng)器模型逡逑將幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件，采用自動(dòng)掃掠的方式進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)模型的網(wǎng)逡逑２０逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙維安;氣相氧化法鈦白反應(yīng)器中物料混合試驗(yàn)[J];鋼鐵釩鈦;1987年04期

2 楊緒壯,袁章福,王志,李濤子,徐聰;氯化法鈦白氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)技術(shù)[J];化工設(shè)計(jì);2004年01期

3 程易;劉U

本文編號：2828885