南通天长化工设备有限公司

静态混合器、管道过滤器、高剪切混合乳化机专业生产厂家

0513-83102688
技术交流

SK型静态混合器的应用与CFD模拟

发布时间:2020/8/31

  静态混合器是一种内部没有运动部件的管道混合设备,它具有混合性能出色、便于生产连续化、占地面积小、节能、操作简便等优点,应用前景广阔。

  本文将SK静态混合器用于酶法制备淀粉糖和碱催化法制备生物柴油,优化了反应条件;并以碱法制备生物柴油为例,对SK型静态混合器的混合情况进行了CFD的模拟。

  CFD的模拟主要结论如下:  

  首先,通过搅拌式反应器获得了最优的淀粉液化条件为温度85℃、pH6.0、加酶量6U/g、液化时间15min,糖化条件为温度65℃,搅拌转速110r/min,淀粉浓度40%,pH4.2。在此优化条件下,使用静态混合器进行糖化反应,研究了淀粉浓度、流速对反应的影响,获得了最佳工艺条件为流速0.1m/s、底物浓度40%,在此条件下反应16hDE值可达95.37%,与搅拌法相比,达到相似的DE值的反应时间缩短了6个小时。  

  其次,SK型静态混合器用于碱催化酯交换反应制备生物柴油,并测定了反应过程中甲醇液滴大小的变化。相比于搅拌,静态混合器使反应速率更快,反应时间更短。当反应温度为20℃时反应时间从60min缩短到30min,而在60℃时反应时间从45min缩短到20min,但对转化率影响不大,两种混合方式下的反应的转化率都在93%左右。此外,研究发现静态混合器进行酯交换反应的最适醇油摩尔比为6.091。对酯交换反应的动力学进行了研究,发现当反应温度为20℃时,反应分为三个阶段,分别为传质控制阶段、化学反应控制阶段、平衡阶段。使用静态混合器混合油脂与甲醇能使甲醇液滴的直径更小,液液比表面积更大,因此,反应传质系数高于搅拌法的传质系数,静态混合器混合法的传质系数0.326×10-5m/min,而搅拌法的传质系数为0.253×10-5m/min,从而使反应速率更快。反应温度为60℃时,传质阶段可忽略,反应分为两个阶段,即化学反应控制阶段和平衡阶段。温度对酯交换反应的影响非常明显,升高温度能够更好的混合油脂与甲醇,提供更快的反应初速度,但是从反应达到平衡的时间来看,在两种温度下,使用静态混合器混合的反应结束的时间差距不大,而在低温下能有效的降低能耗,对生产有利。  

  最后,以SK型静态混合器制备生物柴油为例,采用CFD初步模拟分析了SK静态混合器内油醇的混合情况,发现流体在静态混合器内不断的重复进行“分割-旋转-合流”,同时产生了涡流,加强了混合。流体的压力沿着静态混合器的轴线逐渐下降。流体在流过静态混合器混合元件后湍动能增大,在元件连接的地方湍动能最高,湍动最为剧烈。此外,油醇两相在流过6个混合单元后,达到充分的混合。