多杰特管状反应器用于生产聚合物，例如聚酯。在这种类型的反应堆中发生的湍流会影响制造过程，包括反应动力学，纤维质量，转化率和产量。通过开发完全考虑流体动力学和化学反应的反应堆模型，您可以优化反应堆设计，以实现高效且可靠的聚合物产生。
聚酯制造过程
聚酯是一种聚合物的一种，具有两个主要类别的应用：
- 纺织品
- 打包
在这两个类别中，聚酯植物具有广泛的应用，例如服装（聚酯休闲服，任何人？），床上用品和家具内饰以及工业纤维，安全带和汽车轮胎增援。
聚酯甚至被用来建造房屋。在1960年代后期，Futuro房屋是由玻璃纤维增强的聚酯塑料开发的。这些房屋类似于经典科幻电影（有意或没有故意）的飞碟，并且易于构建和维护。尽管Futuro从未吸引过消费者（不到100个），但使用创新的建筑材料肯定会使用！
芬兰的一间Futuro房屋，部分用聚酯材料制成。J-PKärnä的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。
聚酯制造的一种方法是通过聚合过程。通常通过使用多喷嘴反应器来促进聚合。管状反应器的设计取决于聚酯材料的预期用途，还影响合成产品的质量。
在Comsol®软件中模拟的多喷管反应器。
在管状反应堆中，当反应物彼此撞击时，将实现混合。由此产生的湍流会影响：
- 反应动力学
- 聚合物连接的质量
- 转换
- 屈服
通过使用化学反应工程模块（ComsolMultiphysics®软件的附加组件）分析Multijet管状反应器的设计，我们可以确保用于聚酯生产的优化聚合过程。
通过化学过程建模分析多喷管反应器
多杰特管状反应器包括轴向入口和径向端口，分别在其中输入两个反应。反应器的模型几何形状如下所示。
在聚合过程中发生的化学反应是凝结，涉及的物种包括：
- DIOL单体
- 二氧单体
- 聚酯连接
- 溶剂催化剂
- 络合水
反应速率取决于质量作用定律和涡流耗散概念（EDC）模型。该模型通过在湍流中包含更全面的化学机制来扩展涡流湍流化学反应模型。
实施化学反应工程模块中的两个接口以说明这些因素：
- 这反应流，湍流界面模拟质量传输，反应和流体流动
- 这流体中的传热界面模拟反应与反应流的热量
节省时间和计算记忆
对包括湍流的3D反应器模型进行瞬态模拟是一个较高的顺序 - 实际上，您可能需要良好的初始猜测才能在解决方案过程中获得平滑收敛。一个分期解决方案为这个问题提供补救措施。使用分阶段的解决方案，每个研究步骤都将上一个研究步骤中的解决方案作为估计。在这种情况下，四个研究步骤如下：
- 速度和压力
- 速度;压力;和浓度分布，包括反应
- 等温温度，包括反应的热
- 所有变量
此外，使用部门对称性和挤压网格用于进一步保存计算资源。扇区对称性使它仅需1/20模型Th反应堆几何形状。使用简单的挤压网格节省了在模型区域的网络上节省时间和内存，您期望流量轮廓均匀。
挤出的网格在对反应器中建模湍流时可以节省计算时间和内存。
仿真结果
通过模拟多喷嘴反应器，工程师可以深入了解反应器的设计如何影响聚酯生产的聚合过程。例如，聚合物线条的等音表面显示了进气流混合的位置。您会看到，方位角浓度梯度随轴向位置迅速增加，这意味着入口流在反应堆下方5 cm充分混合，这是进行反应的最佳位置。
结果还表明，在反应器的再循环区域，聚酯连接的浓度相对较低。连接浓度的增加可能会导致反应流体的显着变化。特别是，反应液的粘度可能会改变，从而导致反应器中的不良反应或失败。
反应器（左）中的聚合物连接浓度和反应器中流动速度，流线显示了再循环区域（右）。
反应器化学模型的结果还表明，该过程的总冷凝化学是吸热化学。由此，您可以得出一个重要的结论：吸热反应有效冷却反应流，这意味着可以轻松保持冷却器以保持安全可靠的操作。
下一步
自己尝试：通过单击下面的按钮，在多喷嘴反应堆模型中下载聚合。
了解有关模拟管状反应器的更多信息
- 演示应用程序：用等温冷却的多组分管状反应器
- 博客文章：分析管状反应器中的解离过程
评论（0）