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聚碳酸酯液液分离过程的数值模拟
摘要
本文对聚碳酸酯液液分离过程进行了数值模拟，采用Fluent软件进行计算，研究了反应器温度、回收相流速与分散相流速对聚碳酸酯液液分离过程中乳化率和分离效率的影响。结果表明，反应器温度、回收相流速、分散相流速均对乳化率和分离效率有影响，其中反应器温度对乳化率和分离效率的影响最大。
关键词：聚碳酸酯；液液分离；数值模拟；乳化率；分离效率
Abstract
Thispapernumericallysimulatestheliquid-liquidseparationprocessofpolycarbonate,usingFluentsoftwaretocalculatetheeffectsofreactortemperature,recyclephaseflowrateanddispersedphaseflowrateonemulsificationrateandseparationefficiencyinpolycarbonateliquid-liquidseparationprocess.Theresultsshowthatreactortemperature,recyclephaseflowrateanddispersedphaseflowrateallhaveanimpactonemulsificationrateandseparationefficiency,amongwhichreactortemperaturehasthegreatestinfluenceonemulsificationrateandseparationefficiency.
Keywords:polycarbonate;liquid-liquidseparation;numericalsimulation;emulsificationrate;separationefficiency
引言
聚碳酸酯是一种常用的工程塑料，由于其较高的强度、硬度和抗化学性，被广泛应用于制造高品质、高性能的零部件和器具。聚碳酸酯的生产主要通过酯交换反应来实现，在反应过程中，需要将产物中的碎片、络合物和异物进行分离。传统的分离方法主要是采用溶剂提取和离心分离，这些方法繁琐、耗时，并且会对环境造成污染。因此，液液分离技术逐渐成为聚碳酸酯分离工艺的主流方向。
液液分离技术涉及多个参数的影响，如反应器温度、回收相流速、分散相流速等，这些参数对分离效率和乳化率有重要影响。因此，针对这些参数，进行数值模拟是一种相对有效的分析方法，可以优化分离过程，提高聚碳酸酯的分离效率和质量。
材料与方法
模型建立
本文采用Fluent软件进行数值模拟，建立液液分离模型。如图1所示，聚碳酸酯反应物在升温反应过程中，由于气体的释放和水的生成，产生了相当大的相间液滴，这些液滴被包含在反应物中，在分离过程中需要将其分离出来。本文建立的模型是一种平衡稳定的分离模型，即相间液滴在分离过程中保持一定的稳态，在稳态条件下进行运动。
图片1：聚碳酸酯液液分离模型
控制参数
本文研究了反应器温度、回收相流速、分散相流速对聚碳酸酯液液分离过程中乳化率和分离效率的影响，具体参数设定如下：
反应器温度：260℃、280℃、300℃
回收相流速：2.0L/min、2.5L/min、3.0L/min
分散相流速：0.5L/min、1.0L/min、1.5L/min
结果与讨论
乳化率和分离效率是评价聚碳酸酯液液分离效果的两个主要指标。乳化率表示相间液滴在回收相中所占的体积比例，分离效率表示回收相中聚碳酸酯的纯度。
反应器温度对聚碳酸酯液液分离效果的影响
图2：不同反应器温度下乳化率与分离效率的变化
从上图可以看出，随着反应器温度的升高，聚碳酸酯液液分离过程中的乳化率逐渐变小，分离效率逐渐变大，说明温度对反应过程的稳态产物有一定的影响。
回收相流速对聚碳酸酯液液分离效果的影响
图3：不同回收相流速下乳化率与分离效率的变化
从上图可以看出，随着回收相流速的升高，聚碳酸酯液液分离过程中的乳化率逐渐变小，分离效率逐渐变大，说明回收相流速对分离效果具有重要的影响。
分散相流速对聚碳酸酯液液分离效果的影响
图4：不同分散相流速下乳化率与分离效率的变化
从上图可以看出，随着分散相流速的升高，聚碳酸酯液液分离过程中的乳化率逐渐变大，分离效率逐渐变小，说明分散相流速对分离效果具有重要影响。
结论
本文通过Fluent软件对聚碳酸酯液液分离过程进行了数值模拟，研究了反应器温度、回收相流速和分散相流速对乳化率和分离效率的影响。结果表明，反应器温度、回收相流速、分散相流速均对分离效率和乳化率有影响，其中反应器温度对乳化率和分离效率的影响最大。因此，在聚碳酸酯液液分离过程中，应注意调节反应器温度和回收相流速，以提高分