氣-液攪拌槽的微觀混合特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、氣-液攪拌反應(yīng)器是化工、制藥、食品、石油等行業(yè)最常見(jiàn)的流體混合設(shè)備。攪拌反應(yīng)器內(nèi)的微觀混合對(duì)產(chǎn)物分布、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全有極其重要的影響。為了盡可能的提高氣-液攪拌反應(yīng)器內(nèi)目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，謀求最大的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)選擇適合反應(yīng)過(guò)程的混合條件，但對(duì)于氣-液體系中液相的微觀混合研究非常有限，文獻(xiàn)之間也存在矛盾。因此對(duì)氣液攪拌反應(yīng)器的微觀混合性能進(jìn)行研究是十分重要和必需的。本文以槽徑300mm的不銹鋼氣-液（氮?dú)?溶液）攪拌槽為研究對(duì)象，采用半

2、橢圓管盤式渦輪攪拌槳(HEDT)單槳作為攪拌器，通過(guò)Villermaux及合作者提出的碘化物—碘酸鹽平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)體系，著重考察了加料時(shí)間、攪拌槳轉(zhuǎn)速、加料位置、返混、氣體流量和槳徑大小等因素對(duì)產(chǎn)物分布的影響，定量研究了通氣攪拌槽內(nèi)的微觀混合效率。結(jié)果表明:900s是適合本文微觀混合實(shí)驗(yàn)的加料時(shí)間;無(wú)返混的情況下，離集指數(shù)隨平均軸功耗的上升而減小;在槳葉高速射流區(qū)加料管口內(nèi)易存在返混，改變加料管形狀為向后彎曲可以減少返混;減小水平加料直管

3、尺寸使νf/νtip≥0.05時(shí)可基本避免返混的影響;近液面下方和壁面附近的微觀混合主要受氣體排開(kāi)液體體積功Pgas的影響，并且近液面氣泡大量破碎也有利于微觀混合，近壁面低通氣量對(duì)離集指數(shù)影響較小;在氣泡大量聚集區(qū)，低速氣泡表面阻礙液體宏觀流動(dòng)并減弱局部液體湍動(dòng)與氣體排開(kāi)液體做體積功Pgas和氣泡破碎引起液相湍動(dòng)對(duì)微觀混合是一對(duì)矛盾因素，表現(xiàn)為多數(shù)情況下表觀氣速νs=0.037時(shí)的離集指數(shù)最大;在槳葉葉端區(qū)加料，通氣對(duì)離集指數(shù)的影響不大

4、，而在稍遠(yuǎn)處，氣泡的合并聚集使通氣時(shí)微觀混合效果不如未通氣時(shí);相同功率下，D=100mmHEDT槳分散氣體作用強(qiáng)，使無(wú)因次加料位置d/D=0.1和0.2處連成同一湍流強(qiáng)度區(qū)，而D=150mmHEDT槳對(duì)氣體的分散作用弱，d/D=0.1、0.2和0.3處的離集指數(shù)相差很大;同功率下，在相同的無(wú)因次加料位置，D=150mmHEDT離集指數(shù)均大于D=100mmHEDT槳;分別用前人PIV數(shù)據(jù)和團(tuán)聚模型計(jì)算得出槳葉區(qū)微觀混合特征時(shí)間tm約為2～