Page 223 - 《精细化工》2023年第2期

第 2 期 贺同强，等: 应用微反应器合成碳酸丙烯酯的工艺与模拟 ·445·

最终汇集实现宏观充分混合。 表 3 模拟工况列表
Table 3 List of simulated working conditions
PO 流量/ CO 2 流量 / 出口压力/
①
工况 说明
（mL/min）（mL/min） MPa
1 1.2 540 1.5 CO 2 为 PO 物质的
量的 1.4 倍
2 1.2 464 1.5 CO 2 为 PO 物质的
量的 1.2 倍
3 1.2 773 1.5 CO 2 为 PO 物质的
量的 2.0 倍
4 0.6 270 1.5 整体 流量减 半 ，
CO 2 为 PO 物质的
量的 1.4 倍

5 2.4 1080 1.5 整体 流量增 加 一
图 7 PO 流动的迹线图 倍，CO 2 为 PO 物
Fig. 7 Trace diagram of PO flow 质的量的 1.4 倍

6 1.2 540 1.2 压力 减小 ， CO 2
通过 Fluent 表面积分工具中的均匀性指数对不
为 PO 物质的量的
同面域内物质的混合效果进行表征。均匀性指数描 1.4 倍
述了特定表面上特定物理量的变化情况，1 为最大 7 1.2 540 2.0 压力 增大 ， CO 2
值。均匀性指数能够采用面积或质量进行衡量，本 为 PO 物质的量的
1.4 倍
次采用面域（Area-weighted）均匀性指数捕捉 PO
百分比的变化，PO 摩尔分数（φ）的面域均匀性指 ① CO 2 流量为标况流量。

数（γ a ）利用式（1）、（2）进行计算。
n
 [(| i   a | ) ]A i
  i 1 n （1）
1
a
2| a  A i
|
i 1
n
  ii
A
  i 1 n （2）
a
 A i
i 1
图 8 不同工况下各截面处的均匀性指数
式中：γ a 为面域均匀性指数；i 为一个拥有 n 个网格
Fig. 8 Uniformity index at each section under different
面的网格面索引； 为整个表面 PO 摩尔分数的平 working conditions
a
2
均值，%；A 为面积，mm 。
以工况 1 为基础对照，CO 2 流量对混合效果的
2.6 模拟结果与讨论
影响如图 9 所示。
分别对表 3 中 7 种工况进行数值模拟，并求解

了距离进口 100、150、200、250、300、350、400、
450、1000、2000、3000、4000 μm 这 12 个界面上
的均匀性指数，模拟结果如图 8 所示。
从图 8 中可以看出，在距离进口 300 μm 范围内，
截面上均匀性指数变化较大，主要是由两种介质刚
进入混合通道时相互冲击形成的不稳定流动所致。
流动到 300 μm 截面以后随着流动的延伸，各工况的
均匀性指数开始增大，说明在此阶段提高混合的距
离是提高混合效果的有效手段。7 种工况中工况 3

的混合效果最好，工况 4（整体流量减半）的混合 图 9 CO 2 流量对混合效果的影响
效果最差。 Fig. 9 Effect of CO 2 flow rate on uniformity index