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    1. 南通天長化工設備有限公司

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      SK型靜態混合器的應用與CFD模擬

      發布時間:2020/8/31

        靜態混合器是一種內部沒有運動部件的管道混合設備,它具有混合性能出色、便于生產連續化、占地面積小、節能、操作簡便等優點,應用前景廣闊。

        本文將SK靜態混合器用于酶法制備淀粉糖和堿催化法制備生物柴油,優化了反應條件;并以堿法制備生物柴油為例,對SK型靜態混合器的混合情況進行了CFD的模擬。

        CFD的模擬主要結論如下:  

        首先,通過攪拌式反應器獲得了最優的淀粉液化條件為溫度85℃、pH6.0、加酶量6U/g、液化時間15min,糖化條件為溫度65℃,攪拌轉速110r/min,淀粉濃度40%,pH4.2。在此優化條件下,使用靜態混合器進行糖化反應,研究了淀粉濃度、流速對反應的影響,獲得了最佳工藝條件為流速0.1m/s、底物濃度40%,在此條件下反應16h,DE值可達95.37%,與攪拌法相比,達到相似的DE值的反應時間縮短了6個小時?! ?/span>

        其次,SK型靜態混合器用于堿催化酯交換反應制備生物柴油,并測定了反應過程中甲醇液滴大小的變化。相比于攪拌,靜態混合器使反應速率更快,反應時間更短。當反應溫度為20℃時反應時間從60min縮短到30min,而在60℃時反應時間從45min縮短到20min,但對轉化率影響不大,兩種混合方式下的反應的轉化率都在93%左右。此外,研究發現靜態混合器進行酯交換反應的最適醇油摩爾比為6.091。對酯交換反應的動力學進行了研究,發現當反應溫度為20℃時,反應分為三個階段,分別為傳質控制階段、化學反應控制階段、平衡階段。使用靜態混合器混合油脂與甲醇能使甲醇液滴的直徑更小,液液比表面積更大,因此,反應傳質系數高于攪拌法的傳質系數,靜態混合器混合法的傳質系數0.326×10-5m/min,而攪拌法的傳質系數為0.253×10-5m/min,從而使反應速率更快。反應溫度為60℃時,傳質階段可忽略,反應分為兩個階段,即化學反應控制階段和平衡階段。溫度對酯交換反應的影響非常明顯,升高溫度能夠更好的混合油脂與甲醇,提供更快的反應初速度,但是從反應達到平衡的時間來看,在兩種溫度下,使用靜態混合器混合的反應結束的時間差距不大,而在低溫下能有效的降低能耗,對生產有利?! ?/span>

        最后,以SK型靜態混合器制備生物柴油為例,采用CFD初步模擬分析了SK靜態混合器內油醇的混合情況,發現流體在靜態混合器內不斷的重復進行“分割-旋轉-合流”,同時產生了渦流,加強了混合。流體的壓力沿著靜態混合器的軸線逐漸下降。流體在流過靜態混合器混合元件后湍動能增大,在元件連接的地方湍動能最高,湍動最為劇烈。此外,油醇兩相在流過6個混合單元后,達到充分的混合。

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