氣-液攪拌槽的微觀混合特性的實驗研究.pdf

1、氣-液攪拌反應器是化工、制藥、食品、石油等行業(yè)最常見的流體混合設備。攪拌反應器內的微觀混合對產物分布、產品質量和生產安全有極其重要的影響。為了盡可能的提高氣-液攪拌反應器內目標產物的轉化率，謀求最大的經濟效益，應選擇適合反應過程的混合條件，但對于氣-液體系中液相的微觀混合研究非常有限，文獻之間也存在矛盾。因此對氣液攪拌反應器的微觀混合性能進行研究是十分重要和必需的。本文以槽徑300mm的不銹鋼氣-液（氮氣-溶液）攪拌槽為研究對象，采用半

2、橢圓管盤式渦輪攪拌槳(HEDT)單槳作為攪拌器，通過Villermaux及合作者提出的碘化物—碘酸鹽平行競爭反應體系，著重考察了加料時間、攪拌槳轉速、加料位置、返混、氣體流量和槳徑大小等因素對產物分布的影響，定量研究了通氣攪拌槽內的微觀混合效率。結果表明:900s是適合本文微觀混合實驗的加料時間;無返混的情況下，離集指數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，近壁面低通氣量對離集指數影響較小;在氣泡大量聚集區(qū)，低速氣泡表面阻礙液體宏觀流動并減弱局部液體湍動與氣體排開液體做體積功Pgas和氣泡破碎引起液相湍動對微觀混合是一對矛盾因素，表現為多數情況下表觀氣速νs=0.037時的離集指數最大;在槳葉葉端區(qū)加料，通氣對離集指數的影響不大

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