Page 222 - 《精细化工》2023年第2期
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·444· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷
釜式反应压力（2.5~4.0 MPa），微反应技术可使反 了 1/2 模型，将中面设置为对称面。模型中进出口界
应压力更小。 面尺寸均为 45 μm×45 μm，混合通道的厚度为 60 μm，
通道长度设定为 5000 μm，模型如图 5 所示。
图 4 反应压力对 PC 收率的影响
Fig. 4 Effect of reaction pressure on PC yield 图 5 模型详图
Fig. 5 Model details
2.4 CO 2 与 PO 物质的量比对 PC 收率的影响
通过调节 CO 2 与 PO 的流量控制两者比例，在 本次模拟对象尺寸较为规整，网格进行划分时
催化剂用量 0.5‰、反应温度 120 ℃、压力 1.5 MPa、 均采用了六面体网格，为了更好地反映混合过程，对
30 s 停留时间下，考察了 CO 2 与 PO 物质的量比对 进、出口处进行了局部网格加密，为减少运算量同时
反应的影响情况，结果如表 2 所示。 保证模拟精度，在远离进口处增大网格尺寸。经网格
无关性验证后，最终确定模型的节点数为 468468 个，
表 2 CO 2 与 PO 物质的量比对 PC 收率的影响 单元数为 433160 个，网格情况如图 6 所示。
Table 2 Effect of the molar ratio of CO 2 to PO on PC yield
n(CO 2)/n(PO)
1.2 1.5 2.0 3.0
PC 收率/% 72 78 79 78
表 2 中，PO 进料速度为 0.1 g/min、CO 2 流量为
53 mL/min 时，CO 2 与 PO 物质的量比为 1.5，PO 进
料速度不变 ，调节 CO 2 流量分别为 42 、 71、
106 mL/min 时，CO 2 与 PO 物质的量比分别为 1.2、
2.0、3.0 倍。如表 2 所示，CO 2 为 PO 物质的量的
1.2 倍、1.5 倍时，PC 收率分别为 72%、78%，继续
提升 CO 2 流量，产物收率提升较小。由于实际反应 图 6 网格详图
Fig. 6 Grid details
时间受 CO 2 流量影响较大，过多的 CO 2 会导致反应
液快速吹出，提高 CO 2 比例后为了保证停留时间不 2.5.2 求解策略
变，需搭配更长的延时管线，这在工艺放大过程中 通过计算得知模拟工况下，PO、CO 2 混合流体
为不利因素。反之，CO 2 过量较少或不过量会导致随 进出口的雷诺数均在 300 以下，为层流阶段，所以
着反应进行 CO 2 浓度不足，反应活性大幅降低。因 黏性模型选择层流。仅考虑气液两相混合，混合模
此，选择 CO 2 用量为 PO 物质的量的 1.5 倍最为合理。 型选用 Mixture 模型，第一相设置为 CO 2 ，第二相
2.5 Fluent 模拟 设置为 PO（液态），表面张力系数设置为固定值
利用 Fluent 软件对微通道中气液混合情况进行 0.0252 N/m。同时考察了不同 PO 颗粒直径对模拟结
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模拟，并考察不同工况对 PO 与 CO 2 混合效果的影 果的影响，发现当 PO 颗粒直径减小到 1×10 mm
响，从而进一步了解交叉指型微通道的混合情况， 以后，出口处混合效果变化不大。因此，可以认为
与实验结果进行比较分析。 以上求解策略能够比较准确地反映两相混合的过
2.5.1 简化建模与网格划分 程。以 PO 浓度标定的典型迹线图如图 7 所示，红
对交叉指型微通道进行简化建模，在不影响模拟 色流体为 PO，蓝色为 CO 2 ，在经过微通道交叉结构
结果的情况下减少运算量，本次模拟以中面为界建立 后实现 CO 2 对 PO 的充分包裹，形成微尺寸混合流，
