停留時(shí)間可控的撞擊流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、納米親水鋁箔涂覆材料的制備是一個(gè)自由基聚合過程，該反應(yīng)是一個(gè)快速反應(yīng)。微觀混合是反應(yīng)過程的控制步驟，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有重要的影響。目前工業(yè)上采用攪拌釜進(jìn)行生產(chǎn)，反應(yīng)釜內(nèi)的混合狀況限制了涂料性能的進(jìn)一步優(yōu)化，這就對(duì)反應(yīng)設(shè)備提出了更高的要求。撞擊流反應(yīng)器是一種基于撞擊流技術(shù)的新型反應(yīng)器，它能強(qiáng)化相間傳遞，在熱、質(zhì)傳遞方面有著獨(dú)特的優(yōu)越性；對(duì)于液相過程，能夠顯著促進(jìn)混合，尤其是微觀混合，是一種極具潛力的反應(yīng)器。本文針對(duì)親水涂料的制備，設(shè)計(jì)開發(fā)一種新

2、型的撞擊流反應(yīng)器中試裝置，研究其宏觀和微觀混合特性，為工業(yè)上改進(jìn)涂料制備的設(shè)備提供參考。 按照中試要求，綜合各種快速反應(yīng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，利用撞擊流技術(shù)的現(xiàn)有資料，并考慮到撞擊流停留時(shí)間較短的特點(diǎn)，反應(yīng)裝置采用撞擊流反應(yīng)器與靜態(tài)混合器串聯(lián)的組合反應(yīng)裝置。反應(yīng)器采用水平同軸安裝的兩個(gè)噴嘴提供的射流進(jìn)行對(duì)撞。反應(yīng)器主體為臥式圓柱筒體，噴嘴安裝在其中心線兩端，軟連接的安裝使得噴嘴間的距離可以任意調(diào)節(jié)。為了增加物料停留時(shí)間，設(shè)置了物料外循環(huán)管

3、路系統(tǒng)。噴嘴部分使用二流體式的套管，新鮮物料流經(jīng)管內(nèi)而循環(huán)物料流經(jīng)環(huán)隙，保證射流水平同軸以實(shí)現(xiàn)最大的混合。靜態(tài)混合器嚴(yán)格按照國標(biāo)選擇和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)過強(qiáng)度校核，符合強(qiáng)度要求和設(shè)計(jì)要求。 反應(yīng)器宏觀混合特性的實(shí)驗(yàn)研究以KC1為示蹤劑，脈沖進(jìn)樣，電導(dǎo)率儀采樣，測試了不同的噴嘴間距、物料流量和循環(huán)比條件下的停留時(shí)間分布情況。比較了粘性體系與去離子水低黏度體系內(nèi)的停留時(shí)間分布的差異，結(jié)果表明粘性體系中返混顯著增加，停留時(shí)間增大。由此提

4、出了一種將gamma混合單元與全混流單元并聯(lián)后再與平推流單元串聯(lián)的四參數(shù)模型，模型方程為采用該模型對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間分布密度函數(shù)進(jìn)行擬合，其模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)曲線基本吻合，說明該模型能很好的反映反應(yīng)器內(nèi)物料的停留時(shí)間分布。 采用碘化鉀-碘酸鹽平行競爭反應(yīng)體系測試了反應(yīng)器內(nèi)的微觀混合情況，以分隔指數(shù)判斷微觀混合效果，結(jié)果表明增大物料流量能夠顯著改善反應(yīng)器內(nèi)的微觀混合狀況，同時(shí)較小的噴嘴間距和恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置物料循環(huán)比都能促進(jìn)微觀混合。根據(jù)

5、實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)團(tuán)聚模型作了一定修正后，計(jì)算了反應(yīng)器內(nèi)各條件下的特征微觀混合時(shí)間，結(jié)果表明該反應(yīng)器內(nèi)微觀混合時(shí)間僅為4-17 ms，比攪拌釜內(nèi)的微觀混合時(shí)間短很多，表明反應(yīng)器內(nèi)撞擊區(qū)促進(jìn)微觀混合非常有效。通過關(guān)聯(lián)微觀混合時(shí)間與分隔指數(shù)，其關(guān)系在微觀混合時(shí)間較短時(shí)為線性，微觀時(shí)間較長時(shí)呈二次關(guān)系，該結(jié)論與文獻(xiàn)相吻合。同時(shí)采用湍流理論估算了微觀混合時(shí)間，其結(jié)果與團(tuán)聚模型計(jì)算的結(jié)果基本一致。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該反應(yīng)器的微觀混合性能優(yōu)越，能使用