【摘要】： 本文首先介绍了超临界流体(supercritical fluid,SCF)制备超微颗粒技术的几种工艺技术,并对目前应用较广泛的SAS与RESS工艺过程的装置研究概况进行了综述。进行改进与优化装置设计工作,可促进该项技术的规模化生产与应用。 设计了两种新型工艺流程,即连续型SAS/RESS通用和小型SAS/RESS通用流程,并对前者的操作过程及特点进行了介绍。对该流程的关键设备溶解釜、结晶器、喷嘴等进行了结构设计,确定了他们的主要尺寸、安装方式,对其功能作了详细说明。 结晶器作为工艺流程的关键设备,是粒子生成的主要场所,SCF和溶液在这一结晶区混合效果的优劣直接影响着产生粒子的直径及其分布范围。因此,根据计算流体动力学的理论分析方法,以两通道外混结晶器组件为例,建立了结晶区的几何模型,利用Gambit软件,划分了网格,然后将其导入Fluent软件进行了模拟计算,分析了温度计套管、结晶器形状等因素对结晶区混合效果的影响。得出当温度计套管接近于喷嘴喷出区域时,对结晶器流场的影响较大,而结晶器与喷嘴结合部的直角区域的存在会导致湍流程度的增大。据此对结晶器的结构及温度计套管的位置进行了重新修正,有效地改进了SCF和溶液的混合效果,对结晶器的改进设计与加工制造具有指导意义,对SCF制备微粒技术尽早用于工业化生产起到了良好的推动作用。
【关键词】：超临界流体 结晶器 数值模拟 流场分析
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ05
【目录】：
摘要11-12
Abstract12-14
符号说明14-15
第1章 绪论15-26
1.1 引言15
1.2 超临界流体技术简介15-17
1.3 SCF制备超微粉体技术综述17-24
1.3.1 超临界溶液快速膨胀法工艺17-18
1.3.2 抗溶剂及其相关过程(SAS/GAS/ASES/SEDS)工艺18-21
1.3.3 SAS/RESS过程模型与理论研究概况21-23
1.3.4 SCF制备超微粉体装置主要部件研究综述23-24
1.4 课题的提出及研究意义24-25
1.4.1 课题的提出24
1.4.2 本课题的研究意义24-25
1.5 主要研究内容25-26
第2章 SCF制备超微粉体流程设计26-34
2.1 SAS/RESS通用型工艺流程的设计思路26-27
2.2 连续通用型工艺流程的设计27-32
2.2.1 流程单元设计与说明27-31
2.2.2 总工艺流程及操作说明31-32
2.3 小型通用型工艺流程的设计32-33
2.4 本章小结33-34
第3章 小型装置主要设备设计34-50
3.1 溶解釜的设计34-40
3.1.1 功能要求34
3.1.2 结构设计与安装说明34-37
3.1.3 溶解釜强度计算及主要结构尺寸37-40
3.2 喷嘴的设计40-43
3.2.1 端盖主要结构尺寸41-42
3.2.2 动环主要结构尺寸42
3.2.3 外混静环主要结构尺寸42-43
3.2.4 内混静环主要结构尺寸43
3.3 结晶器的设计43-48
3.3.1 功能要求44-45
3.3.2 结构设计45-46
3.3.3 结晶器强度计算及主要结构尺寸46-48
3.4 换热器的设计48-49
3.5 本章小结49-50
第4章 结晶器流场模拟方法与模型建立50-59
4.1 计算模拟方法与软件选用50-51
4.2 流场数值模型及求解方法51-55
4.2.1 湍流模型51-52
4.2.2 混合模型52-54
4.2.3 能量方程54-55
4.2.4 求解方案55
4.3 两通道物料外混式结晶器组件几何建模55-56
4.4 网格划分56-57
4.5 边界条件57-58
4.5.1 入口边界条件57
4.5.2 出口边界条件57
4.5.3 固壁边界条件57-58
4.6 本章小结58-59
第5章 结晶器结构数值优化59-72
5.1 结晶器流场数值模拟分析59
5.2 基本工况59-60
5.3 温度计套管位置对流场的影响60-65
5.4 压力计接口对结晶器流场的影响65-66
5.5 结晶器形状对结晶器流场的影响66-67
5.6 依照模拟结果对结晶器进行的改进67-69
5.7 改进型结晶器流场数值模拟分析69-71
5.8 本章小结71-72
结论与展望72-73
参考文献73-77
致谢77-78
攻读硕士期间发表论文78-79
学位论文评阅及答辩情况表79
