超临界流体制备超微粉体装置设计与结晶器流场模拟

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超临界流体技术简介
• 1.3 SCF制备超微粉体技术综述
• 1.3.1 超临界溶液快速膨胀法工艺
• 1.3.2 抗溶剂及其相关过程（SAS/GAS/ASES/SEDS）工艺
• 1.3.3 SAS/RESS过程模型与理论研究概况
• 1.3.4 SCF制备超微粉体装置主要部件研究综述
• 1.4 课题的提出及研究意义
• 1.4.1 课题的提出
• 1.4.2 本课题的研究意义
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 SCF制备超微粉体流程设计
• 2.1 SAS/RESS通用型工艺流程的设计思路
• 2.2 连续通用型工艺流程的设计
• 2.2.1 流程单元设计与说明
• 2.2.2 总工艺流程及操作说明
• 2.3 小型通用型工艺流程的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 小型装置主要设备设计
• 3.1 溶解釜的设计
• 3.1.1 功能要求
• 3.1.2 结构设计与安装说明
• 3.1.3 溶解釜强度计算及主要结构尺寸
• 3.2 喷嘴的设计
• 3.2.1 端盖主要结构尺寸
• 3.2.2 动环主要结构尺寸
• 3.2.3 外混静环主要结构尺寸
• 3.2.4 内混静环主要结构尺寸
• 3.3 结晶器的设计
• 3.3.1 功能要求
• 3.3.2 结构设计
• 3.3.3 结晶器强度计算及主要结构尺寸
• 3.4 换热器的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 结晶器流场模拟方法与模型建立
• 4.1 计算模拟方法与软件选用
• 4.2 流场数值模型及求解方法
• 4.2.1 湍流模型
• 4.2.2 混合模型
• 4.2.3 能量方程
• 4.2.4 求解方案
• 4.3 两通道物料外混式结晶器组件几何建模
• 4.4 网格划分
• 4.5 边界条件
• 4.5.1 入口边界条件
• 4.5.2 出口边界条件
• 4.5.3 固壁边界条件
• 4.6 本章小结
• 第5章 结晶器结构数值优化
• 5.1 结晶器流场数值模拟分析
• 5.2 基本工况
• 5.3 温度计套管位置对流场的影响
• 5.4 压力计接口对结晶器流场的影响
• 5.5 结晶器形状对结晶器流场的影响
• 5.6 依照模拟结果对结晶器进行的改进
• 5.7 改进型结晶器流场数值模拟分析
• 5.8 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文
• 学位论文评阅及答辩情况表