方案研究羧化釜的流场特性，寻找存在的问题，为改造提供指导。
1 CFD模拟
1.1 计算区域及网格划分
已实际8立方羧化釜结构尺寸为基准，采用直角坐标系建立计算区域，如图1、图2所示。羧化釜直径为2000mm，直边高2000mm，标准椭圆封头，釜内安装有4块标准档板，搅拌器直径为1000mm。
网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟和分析的载体。由于羧化釜内结构比较复杂，在划分网格时采用分块网格，为提高计算结果的精度，对桨叶和搅拌轴区域作了网格加密处理。采用适应能力较强的四面体网格，划分完毕后网格数量为1.2×106，经检验已满足无关性要求。
1.2 数学模型
采用三维模型来模拟羧化釜内流体的流动，釜内流体的流动遵循质量守恒方程（连续性方程）和动量守恒方程[4]。液相湍流模型采用标准k-ε模型[5]。这套形式简单的模型目前已广泛应用于搅拌釜的数值模拟中。通过Mixture多相流模型模拟固液两相流，就是把多相流施作互相渗透的连续介质。处于定常状态时，主要通过公式（1）来描述搅拌流场的不可压缩流动：
质量守恒方程
■=0（1）
动量守恒方程
■+■=-■+■？滋（■+■）+Fj（2）
湍动能k的输运方程
■+■=■？滋+■■+Gk-？籽？着（3）
湍动能耗散率？着的输运方程
■+■=■？滋+■■+C1？着■Gk
-C2？着？籽■（4）
其中，Gk为由平均速度梯度导致的湍流动能产生项，可通过式（5）求解：
Gk=？滋t■+■■（5）
在标准k-？着模型中各项常数值如下：
C1？着=1.44，C2？着=1.92，C？滋=0.99，？滓k=1.0，？滓？着=1.3，
1.3 计算方法
使用有限体积法求解离散方程，选用多重参考系法（MRF）进行模拟[6]，搅拌器周围的流体区域划为动区域，通过旋转坐标系，使该区域的流体以等同于搅拌器转速的速度旋转；其他区域为静区域；而在静止坐标系下的静区域内的流体一律视作静止。假设槽内壁面是静止壁面，搅拌器和搅拌轴是运动壁面，搅拌轴主体部分处在静区域，相对于静止坐标系来说运动的，搅拌器相对于旋转坐标系运动速度是0。速度压力耦合问题方程采用SIMPLE算法，离散格式采用二阶迎风，所有项的残差收敛范围均为10-4。
2 结果与讨论
图3是改造前羧化釜速度矢量分布图。由图可见，全釜范围内的循环流动，对于固体原料的悬浮是有利的。但是，下层搅拌器与釜底之间存在一个流动缓慢的区域。图4是改造前羧化釜固含量云图。由图可见，下层搅拌器与釜底之间有大量反应固体滞留，这种滞留现象的存在是直接导致原料转化率偏低的直接原因。
针对羧化釜搅拌存在的问题，将下层PP401搅拌器改为三叶后掠式搅拌器（RB301），加强对釜底滞留固体原料的冲击、搅动。图5是改造后羧化釜速度矢量分布图。由图可见，全釜范围内的循环流动依然良好，流动缓慢区域已消失。图6是改造后羧化釜固含量云图。由图可见，反应原料滞留现象得到了显著改善。
工业应用结果表明，改造后的羧化釜转化率提高了5.6个百分点，取得了满意的效果。根据CFD模拟结果及与工业应用情况，将羧化釜的容积放大到了30m3，仍获得了接近的原料转化率，通过CFD方法指导搅拌的改造是可行的。
3 結论
①利用CFD技术建立了改造前后8立方羧化釜数学模型，并对数学模型进行求解，计算结果表明，羧化釜改造前下层搅拌器与釜底之间存在一个流动缓慢的区域，有大量反应固体滞留，是造成原料转化率不高的直接原因；羧化釜改造后流动缓慢区域消失，反应原料滞留现象得到了显著改善，实际工业应用结果表明，原料转化率得到了明示提升。
②工业应用结果表明，利用CFD方法指导搅拌的改造是可行的。
参考文献：
[1]冯连芳.搅拌设备设计的的发展与建议[J].化工设备与管道，2010，47（5）：1-4.
[2]包雨云，刘新卫，高正明，等.组合桨聚合釜内非牛顿流体的混合特性[J].合成橡胶工业，2004，27（3）：142-145.
[3]周国忠，王英琛，施力田.用CFD研究搅拌槽内的混合过程[J].化工学报，2003，54（7）：886-890.
[4] Patankar S. V. Numerical heat transfer and fluid flow[M]. New York： McGraw-Hill，1980.
[5]Launder B. E.， Spalding D. B. Lectures in mathematical models of turbulence[M]. London： Academic Press，1972.
[6]张国娟，闵键，高正明，等.桨搅拌槽内混合过程的数值模拟[J].北京化工大学学报，2004，31（6）：24-27.
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