(第一作者)反应釜釜体变形的CFD分析及改进

基于CFD的小型反应釜中不同湍流模型数值模拟比较作者：李青云来源：《当代化工》2020年第07期Flow Field Numerical Simulation of Different TurbulentModels in Miniature Reactor Based on CFDLI Qing-yun（School of Materials and Environment， Beijing Institute of Technology， Zhuhai Guangdong 519088， China）Abstract： The miniature stirred reactor with single-layer and four-blade agitator is commonly used in laboratories. In this paper， based on CFD numerical simulation， four turbulence models of standard k-ε， RNG k-ε， SST and RSM were used to simulate the flow field in a miniature reactor by multiple reference frame method. Different models’ predicted results of velocity field， pressure field， turbulence intensity distribution and linear velocity distribution in the blade region were compared， and suitable flow field model was screened out.Key words： CFD; Standard k-ε; RNG k-ε; SST; RSM; Multiple reference frame method釜式反應器是化工实验过程中广泛使用的反应混合装置。

反应釜机械密封失效分析及改造陈永强发布时间：2021-07-26T15:58:23.627Z 来源：《基层建设》2021年第14期作者：陈永强[导读] 着重分析了丁辛醇羰基合成反应釜用搅拌器机械密封应用过程中存在的问题、产生的原因及解决办法。

针对丁辛醇装置羰基合成反应釜搅拌器特点身份证号码：4407811984xxxx摘要：着重分析了丁辛醇羰基合成反应釜用搅拌器机械密封应用过程中存在的问题、产生的原因及解决办法。

针对丁辛醇装置羰基合成反应釜搅拌器特点，对搅拌器结构和机械密封结构进行分析，找出了搅拌器在运行过程中不利于机械密封正常运行的关键问题，并提出了有效的改正措施和方案，有效地降低了设备维修频率，保障了装置平稳运行，供同行人员参考。

关健词：搅拌器；机械密封；失效分析；引言随着科技的发展、技术的进步及新材料的应用，机械密封的使用在逐渐改进，但其效果并不是很理想，在一定程度制约着机械密封的使用[1]。

本文以丁辛醇运营以来，频繁出现机封泄漏和釜体振动大等问题，严重影响正常生产[2]。

根据釜用搅拌器机械运行状况分析机械密封失效原因，为消除釜用搅拌器机械密封失效隐患，改造釜用搅拌器机械密封系统，提高装置运行的安全性与稳定性。

1械密封结构机械密封也称端面密封，是轴封装置中的旋转机械，运行原理是在一对或多对在断面垂直于轴的流体压力和补偿机构弹力中完全贴合和比较润滑的情况下形成的一种防流体泄漏装置。

搅拌器机械密封的特点是机械稳定、能量损耗低、使用寿命长、功率小、不需要经常维修等。

在自动化生产中，机械密封是一种比较合理并且推荐的生产方式，在温度高、压强大、失氧及其各种强酸、空气中漂泊粉尘颗粒等情况下都可以使用机械密封。

机械密封是设备节能、防漏以及防止环境污染的重要基础件，对釜用机械设备及整个生产过程和安全性都有较大的影响。

搅拌器安全与稳定的运行，主要靠机械密封维持。

釜用机械密封装置采用两个端面平衡可以载荷搅拌的径向力的机械密2～3 km/h、灯柱色灯无显示、运行过程中发出空转报警、过道岔时出现紧急制动、接线故障、轴温温升报警等故障情况，影响监控装置正常使用。

高温静置反应釜内cfd流体计算摘要：一、引言二、高温静置反应釜的工作原理三、CFD 流体计算的应用四、高温静置反应釜内CFD 流体计算的步骤五、结果与分析六、结论正文：一、引言在我国的工业生产中，高温静置反应釜是一种常见的设备，广泛应用于化工、石油、医药等领域。

为了提高设备的运行效率和安全性，需要对反应釜内的流体进行详细的计算和分析。

本文将介绍高温静置反应釜内CFD 流体计算的相关内容。

二、高温静置反应釜的工作原理高温静置反应釜是一种密闭式反应设备，通过将物料加热至一定温度，使其在静止状态下进行化学反应。

反应釜内的搅拌器可以保证物料的均匀混合，从而提高反应的效率。

三、CFD 流体计算的应用CFD（计算流体动力学）是一种通过计算机模拟流体流动的方法，可以对高温静置反应釜内的流体进行详细的计算和分析。

通过CFD 流体计算，可以得到反应釜内流体的速度、压力、温度等参数，从而优化设备的运行条件，提高设备的性能。

四、高温静置反应釜内CFD 流体计算的步骤1.建立数学模型：根据反应釜的结构和尺寸，建立三维数学模型。

2.选择适当的湍流模型：根据反应釜内流体的特性，选择合适的湍流模型。

3.设定边界条件：根据反应釜的实际工况，设定流体进出口、壁面等边界条件。

4.设定初始条件：根据实际工况，设定流体的初始速度、压力、温度等参数。

5.进行数值计算：运用数值方法，对流体流动进行计算。

6.结果分析：分析计算结果，提取所需的参数和信息。

五、结果与分析通过高温静置反应釜内CFD 流体计算，可以得到反应釜内流体的速度、压力、温度等参数。

分析这些参数，可以发现反应釜内的流体分布规律，优化搅拌器的布置和运行参数，提高反应釜的运行效率和安全性。

六、结论高温静置反应釜内CFD 流体计算是一种有效的工具，可以对反应釜内的流体进行详细的分析和优化。

国内外反应釜技术研究现状反应釜搅拌系统的发展化学反应釜是化工行业主要设备之一，而反应釜搅拌系统[3]又是其中一个重要组成之一。

固液两相物料在反应釜中搅拌悬浮接触，是制药和化工生产中一个普遍而重要的操作。

在常压条件下，多在带减速装置的平底罐中进行。

和蒸馏。

蒸发等过程相比，其能耗问题并不突出，容易被人们忽视。

如果对平底罐进行一些简单的改进，则搅拌功率可大幅度降低，一般可节能30%左右。

因为平底罐的一些几何影响，容易在罐底四周和中心部分形成死角，所以改变罐底的几何形状是降低搅拌动力消耗的第一主要措施。

文献[4]用实验数据表明，在使用细沙条件下，锥面罐和曲面罐拥有同样远胜于平底罐的效率；在使用粗砂条件下，锥面罐则比曲面罐更有高效率，所以将平底罐改成锥面罐是效率最高的方法。

另一方面，固液两相物料的搅拌过程中，为了克服在固液两相反映中，搅拌器的叶片承受的不平衡力，减小叶片产生变形，文献[5]中改进了三种搅拌装置：可提升式搅拌装置，可变桨叶角度搅拌装置，肢节式搅拌装置。

由以上三种搅拌装置特点，可看出其具有以下优点：（1）结构简单、新颖，便于加工改装；（2）安装方便，便于使用维护；（3）叶片可按使用要求，加工成任意形状，便于互换；（4）搅拌形式可根据原料性质任意改装，使用范围广泛，便于推广使用。

三种新型搅拌装置已分别取得国家级专利。

29308在现代化工业生产中，为了使设备能更好的发挥尽它的功效，在搅拌系统的内部结构中，也有了更进一步的研究发展。

文献[6]中，用fluent软件分别在其他条件不变的情况下改变搅拌反应罐的浆间距和罐浆径比，实验发现，桨间距d，取4．0m～4．5m为佳；同时上桨距离液面的最小距离不能小于2．0m并适当地减小罐桨径比。

通过实验的方法证明，得出的改进方向和措施使搅拌反应罐内的流体更为符合流体动力学，使流体在罐内能充分、自由地流动，不存在任何的流动死角；而且流体的流动方式多以以湍流为主，从而使液体在罐内充分地进行接触和反应，最终使搅拌反应罐内的反应更为完全，从而提高于设备的处理能力和效率。

反应釜设备操作规程1.目的规范设备操作，提高设备运行效率，防止发生安全事故；2.适用范围适用于搪玻璃容器的操作使用的指导；3.权责3.1 生产部：负责管理和培训合格的操作人员进行本机组的操作，并对其工作过程进行监控与考核；操作人员：3.1.1严格按操作规程和作业指导书作业与监控，确保设备正常运行，杜绝安全事故；3.1.2发现故障时应及时报告设备组，不得私自进行维修和拆卸；3.1.3每班操作人员下班前，全面进行清洁清扫工作，并严格按规定要求进行交接班；3.1.4班长：做好机组故障的汇报及改进建议的申报；3.2设备组：负责编制设备安全操作规范，并负责对设备进行维修；3.4品质部：负责联系外部机构对公司所使用特种设备定期进行安全检测；4.工作程序4.1作业前准备4.1.1.准备必要的开车工具，如扳手、管钳等；4.1.2.确保减速机、机座轴承、釜用机封油盒内不缺油；4.1.3.确认传动部分完好后，点动电机，检查搅拌轴是否按顺时针方向旋转严禁反转；4.1.4检查釜内无有异物，釜壁、搅拌桨无生锈的现象；蒸汽管无漏气现象；检查结晶釜底阀已关死无漏液现象；检查加料管是否堵死4.2开机4.2.1按反应釜作业指导书要求，启动搅拌电机至工艺要求频率运行；4.2.2反应釜在运行中要严格按照作业指导书要求执行，严禁超温运行，防止产品粒度异常，同时防止因超温等异常情况。

4.2.3设备升温或降温时，操作动作一定要平稳，以避免温差应力和压力应力突然叠加，使设备产生变形或受损；4.2.4.严格执行交接班管理制度，把设备运行与完好情况列入交接班，杜绝因交接班不清而出现异常情况和设备事故。

4.3停车：按工艺操作规程处理完反应釜物料后，缓慢调整搅拌电机变频器频率至0HZ，然后切断电机电源。

并检查、清洗或吹扫相关管线与设备，按工艺操作规程确认合格后准备下一循环的操作。

4.4注意事项：4.4.1加料时不应有任何坚硬物体掉入搪玻璃容器内，避免砸伤容器内壁；4.4.2应避免空罐加热料和热罐加冷料，进入搪瓷缸内的物料与搪瓷缸体温差不能超过20℃；4.4.3在搪玻璃设备附近进行施工和焊接时，应注意把罐口盖住，硬物或焊渣损坏搪玻璃层。

高温静置反应釜内cfd流体计算一、高温静置反应釜概述高温静置反应釜是一种应用于化工、石油、医药等领域的常见设备，主要用于进行高温、高压条件下的化学反应。

其结构一般由釜体、搅拌器、加热装置、冷却装置等部分组成。

在高温静置反应釜中，流体混合、传热、传质等过程至关重要。

二、CFD流体计算方法计算流体动力学（CFD）是一种数值模拟方法，可以通过求解流体运动的偏微分方程，模拟流体在高温静置反应釜内的流动、传热等过程。

针对高温静置反应釜的流体计算，通常采用以下几个步骤：1.建立几何模型：根据高温静置反应釜的结构特点，利用三维建模软件建立釜内流体区域模型。

2.网格划分：将模型划分为多个网格，以便进行数值计算。

网格类型包括结构化网格、非结构化网格和混合网格等。

3.设置物理参数：根据实际工况，设置流体的物性参数，如密度、粘度、热导率等。

4.边界条件设置：确定反应釜内流体的进口、出口、壁面等边界条件。

5.求解器设置：选择合适的求解器求解流体运动方程，如稳态或瞬态模拟、层流或湍流模拟等。

6.后处理：对计算结果进行可视化处理，提取流场、温度场等物理量的分布特征。

三、高温静置反应釜内流体特性分析通过CFD数值模拟，可以研究高温静置反应釜内流体的流动特性、传热特性等。

例如，分析流体在反应釜内的流动规律，找出可能存在的涡流、死区等不利现象；评估传热效果，为优化反应釜设计提供参考。

四、模拟结果及应用价值高温静置反应釜内CFD流体计算的结果可应用于以下方面：1.优化反应釜结构：根据模拟结果，调整釜内流体区域设计，提高流体混合效果、传热效率等。

2.指导操作参数：根据模拟结果，确定合适的操作参数，如搅拌速度、加热功率等，以保证反应过程的稳定性和安全性。

3.故障诊断与优化：通过对比实际工况与模拟结果，发现并解决反应釜运行中的问题，如局部高温、压力波动等。

五、结论与展望本文对高温静置反应釜内的CFD流体计算方法进行了详细介绍，并通过实例分析了流体特性。

基于Koopman算子的连续搅拌反应釜的模型预测控制目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的与意义 (4)1.3 文献综述 (5)二、Koopman算子理论基础 (6)2.1 Koopman算子的定义与性质 (8)2.2 Koopman算子在连续系统中的应用 (9)2.3 Koopman算子与模型预测控制的结合 (10)三、连续搅拌反应釜的数学模型 (11)3.1 反应釜的动态平衡方程 (13)3.2 反应釜中的传递关系 (14)3.3 常微分方程组的建立 (15)四、基于Koopman算子的模型预测控制方法 (16)4.1 Koopman算子在线性化模型中的应用 (17)4.2 状态空间表示与Koopman算子的转换 (19)4.3 动态矩阵预测控制算法 (20)4.4 其他改进的Koopman模型预测控制方法 (21)五、仿真实验设计与结果分析 (23)5.1 仿真实验硬件平台与参数设置 (24)5.2 实验设计与工况选择 (25)5.3 结果分析 (26)六、结论与展望 (28)6.1 研究成果总结 (29)6.2 研究不足与局限性 (30)6.3 未来研究方向与应用前景 (31)一、内容描述CRF作为化工领域中的核心设备，其内部过程的动态特性复杂多变，传统的控制方法往往难以应对。

本文引入了Koopman算子，这一强大的数学工具，能够将非线性系统的状态空间表达式转换为线性可测的形式，从而为MPC的实现提供了新的途径。

在详细阐述Koopman算子理论的基础上，文档进一步讨论了如何将该理论应用于CRF的MPC设计中。

通过构建CRF的数学模型，并结合Koopman算子，我们实现了对反应釜温度、压力等关键操作参数的精确线性化表示。

这不仅简化了控制器的设计过程，还提高了控制精度和效率。

文档还重点介绍了所设计的MPC控制算法。

该算法结合了实时数据采集、预测控制、反馈校正等多个环节，能够根据实时工况智能地调整控制策略，以实现CRF的高效、稳定运行。

数字制造中的CFD在流体分析中的应用数字制造是指通过数字化技术和计算机技术将产品的设计、制造、测试等过程进行虚拟化，从而实现高效、精确和可持续的生产。

在数字制造中，CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）作为一种重要的数值分析方法，在流体分析中发挥着重要作用。

本文将探讨CFD在数字制造中的应用。

首先，CFD在数字制造中的应用可以用于流体的形态分析。

通过建立流体场的数学模型和计算流体的运动状态，CFD可以模拟和预测流体在不同条件下的行为。

例如，在汽车制造中，CFD可以模拟车身表面的空气流动，评估车辆的阻力和升力，从而优化车辆的空气动力性能。

类似地，在飞机制造中，CFD可以模拟飞机在各个飞行阶段的气动特性，改进飞机的设计和性能。

其次，CFD在数字制造中的应用还可以用于流体的传热分析。

由于流体可以有效传递热量，CFD可以模拟和分析流体与固体之间的热传递过程。

在工业生产中，CFD可以帮助优化设备和工艺的热传递效果，提高生产效率和产品质量。

例如，在钢铁制造中，CFD可以模拟冶炼炉内燃烧过程的传热和传质现象，指导炉内操作的优化，提高钢铁的产量和质量。

另外，CFD在数字制造中的应用还可以用于流体的混合分析。

流体的混合主要指不同流体之间的相互作用和混合程度。

通过CFD模拟和分析流体混合的过程，可以更好地理解流体混合的机理和规律。

例如，在化工生产中，CFD可以模拟流体在反应釜中的混合过程，评估反应的效果和产物的分布情况，指导反应工艺的优化和产品的设计。

最后，CFD在数字制造中的应用可以用于流体的优化设计。

通过CFD对流体的模拟和分析，可以评估不同设计参数对流体行为的影响，找到最优设计方案。

例如，在建筑设计中，CFD可以模拟建筑物周围的风场，评估建筑物的通风和热环境，指导建筑物的形状和立面设计。

类似地，在水力发电设计中，CFD可以模拟水流对涡轮机组的影响，优化涡轮机组的叶片形态，提高发电效率。

反应釜的工作原理
反应釜是一种用于进行化学反应的设备，它主要由釜体、加热装置、冷却装置、搅拌装置、进料口、出料口、压力表、温度传感器和控制系统等组成。

具体的工作原理如下：
1. 反应釜首先将反应物料放入釜体中，然后通过进料口将催化剂、溶剂、催化剂和其他辅料加入釜体。

2. 加热装置将釜体加热到所需的温度，提供所需的反应温度条件。

加热方式可以是电加热、水浴加热、油浴加热等。

3. 搅拌装置通常由电机和涡轮叶片组成，通过旋转搅拌叶片将反应物料混合均匀，保证反应的充分进行。

4. 冷却装置用于控制反应温度，通常采用外部循环或内部管道循环冷却的方式，将热量从反应釜中移除，保持反应的温度稳定。

5. 进料口和出料口分别用于将原料输入和产物输出。

进料时可以通过控制系统设定流量，并通过阀门调节流速。

6. 压力表和温度传感器用于监测反应釜中的压力和温度情况，通过传感器采集到的数据，控制系统可以实时监测和调节反应过程。

7. 控制系统根据预设的反应条件，对加热和冷却装置进行控制，以保持反应釜内的温度和压力在设定的范围内，同时也可以实
时监测反应过程，并根据需要进行自动控制，提高反应的效率和安全性。

总的来说，反应釜通过控制设备和传感器的组合来控制反应的温度、压力和搅拌等参数，以实现所需反应的进行，并保证反应的稳定性和安全性。

搅拌釜式生物反应器的CFD 模拟温文，倪邦庆，吴岩江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡 (214122)E-mail ：hiww0118@摘 要：本文用Fluent 6.3从计算流体力学的角度，对带有挡板和标准六直叶涡轮桨的搅拌釜式生物反应器内部的速度场进行了模拟，并将模拟结果与实验数据、理论数据进行了比较。

计算结果表明：釜内流场存在两个流体环；用标准k-ε模型模拟釜内的流动情况及速度分布，并与理论相比较，与理论完全相符，流动情况也与实际情况基本相符。

研究结果对于工业搅拌釜的优化有一定的指导意义。

关键词：生物反应器；六直叶涡轮桨；多参考系模型；搅拌桨区；桨尾流区搅拌釜式生物反应器广泛应用于微生物和植物细胞培养以及发酵过程中。

尽管搅拌釜式生物反应器的结构比较简单，但不同的搅拌釜内流体流动和混合过程却很复杂，因此，目前搅拌釜式生物反应器的设计和放大主要是依靠半经验方法来解决[1]设计周期长，偏差大等问题来的经济损失是相当客观的。

如何提高反应器的设计放大的准确性己成为搅拌釜设计中的一个重要问题[2]。

近年来，迅速发展起来的计算流体力学为解决这一问题提供了有效手段。

本文用Fluent6.3从计算流体力学的角度研究了单桨的混合过程，模拟了流动的速度场，并与理论值进行了比较。

1. 流体力学模型在惯性（非加速）坐标系中i 方向上的动量守恒方程为：()()i i jij i j i j i F g x x p u u x u t ++∂∂+∂∂−=∂∂+∂∂ρτρρ 其中p 是静压，τij 是下面将会介绍的应力张量，ρg i 和F i 分别为 i 方向上的重力体积力和外部体积力（如离散相相互作用产生的升力）了其它的模型相关源项，如多孔介质和自定义源项。

对于二维轴对称几何外形，轴向和径向的动量守恒方程分别为：()()()()x F x v r u r r r v x u r x r x p vu r r r uu r x r u t +⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛⋅∇−∂∂∂∂+∂∂−=∂∂+∂∂+∂∂21322111µµρρρK以及()()()()()r F r w v r rv v x v r r r r u x v r x r r p vv r r r uv r x r v t ++⋅∇+−⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛⋅∇−∂∂∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+∂∂−=∂∂+∂∂+∂∂223223221111ρµµµµρρρK K 其中：rv r v x u v +∂∂+∂∂=⋅∇K ，w 是漩涡速度[3]。