复合扰流柱的螺旋内构件反应器内流体的宏观混合

在管式反应器内插入复合扰流柱的螺旋型内构件,采用脉冲示踪法测定了反应器内流体的停留时间分布,研究了器内流体的宏观混合特性,分析了该内构件强化混合的机理. 结果表明,复合扰流柱的螺旋型内构件反应器内的流体流动更接近于活塞流,其轴向扩散模型参数Pe为螺旋型内构件反应器的1.02~1.28倍,为不带内构件反应器的1.35~1.77倍. 复合扰流柱的螺旋型内构件能显著增强器内的二次流动,从而强化了宏观混合效果.     

三股对撞式撞击流反应器微观混合性能研究

采用高速数码相机对三股对撞式撞击流反应器不同入口雷诺数下的流场特征进行了研究,并采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系,考察了不同喷嘴直径下的入口雷诺数、不同溶液体积流量比对离集指数的影响。结果表明:入口雷诺数、溶液体积流量比对离集指数有明显的影响。增大入口雷诺数,三股流体高速撞击破碎成的液滴粒径逐渐减小,液滴雾化程度增加,离集指数减小,微观混合效果增加;增大体积流量比,溶液局部浓度增大,导致混合不均匀,离集指数增大。与传统撞击流反应器相比,三股对撞式撞击流反应器离集指数为传统撞击流反应器的2/5,表现出了较好的微观混合性能,更适用于不等溶液体积流量比的液液快速混合反应。     

环流反应器的流动、混合与传递特性

由于环流反应器内存在定向循环,与鼓泡塔反应器相比,其混合性能大幅提升,已广泛应用于许多工业过程,如发酵、反应器结晶等工业过程,近年来成为国内外学者研究的热点。针对环流反应器内操作条件下的流动形态、流体力学(包括相含率分布、循环液速、混合时间以及离集指数等)及传质/传热特性,总结了其最新研究进展,分析了相含率尤其是固含率变化对反应器中关键参数如循环液速和化学反应速率的影响,展望了从机理上研究相互耦合的多相流动、传质/传热和化学反应规律,为进一步推动其工业应用提供参考。     

环流反应器的流动、混合与传递特性

由于环流反应器内存在定向循环,与鼓泡塔反应器相比,其混合性能大幅提升,已广泛应用于许多工业过程,如发酵、反应器结晶等工业过程,近年来成为国内外学者研究的热点。针对环流反应器内操作条件下的流动形态、流体力学（包括相含率分布、循环液速、混合时间以及离集指数等）及传质/传热特性,总结了其最新研究进展,分析了相含率尤其是固含率变化对反应器中关键参数如循环液速和化学反应速率的影响,展望了从机理上研究相互耦合的多相流动、传质/传热和化学反应规律,为进一步推动其工业应用提供参考。     

撞击流—旋转填料床反应器的微观混合性能研究

采用化学偶合法 ,对撞击流—旋转填料床反应器内微观混合进行了实验研究 ,得到了转速、喷嘴间距、射流速度及浓度等因素对离集指数Xs的影响规律 ,并对其进行了定性的分析。结果表明撞击流—旋转填料床反应器中微观混合能被极大地强化 ,可成为适合快速反应新型反应设备     

管式搅拌反应器中流动特性实验及模型研究

为进一步研究带机械搅拌装置的新型管式反应器内流动特性,采用刺激-响应技术,测定流体在不同操作条件下的停留时间分布(RTD)曲线并与无搅拌停留时间分布曲线作对比,计算了平均停留时间分布的统计特征值。用混合时间表征混合特性,用Peclet操作准数表征轴向扩散特性。结果表明,适当增大转速、流量或降低水位,都有利于反应器内流体的均匀混合。大体上随流量的减少和液位的升高停留时间有延长的趋势,转速变化对停留时间的影响不显著。在搅拌转速不超过400 r/min时,混合时间随着搅拌转速的增大而缩短。在实验范围内,反应器相当于3个串联全混槽反应器。     

超声对受限撞击流微观混合性能的强化

为了进一步提高受限撞击流反应器内纳米颗粒结晶性能，在反应器中引入超声场来强化反应器内入射流撞击区域上方“三角区域”流动与微观混合过程。采用Villermaux-Dushman平行竞争反应体系对超声强化的受限撞击流反应器内微观混合过程进行实验研究，使用离集指数、微观混合时间以及达姆科勒数对反应器内微观混合性能进行表征。结果表明：低频超声场通过诱导超声空化效应能有效地强化撞击流反应器内微观混合过程，低雷诺数时效果更为明显。与未施加超声相比，在超声作用下离集指数减小10.9%～23.5%，微观混合时间从0.000 16～0.000 43 s缩短至0.000 14～0.000 33 s。研究发现该反应器在所有工况下达姆科勒数均小于1，表明该化学反应由微观混合过程主导。     

T型反应器内流动、混合及界面反应特征

利用平面激光诱导荧光（PLIF）技术和酚酞显色反应,对不同Reynolds数（20<Re<420）下T型反应器内的复杂流动结构及界面反应进行了可视化研究。随着入口Re的增加,反应器内依次出现分离流、稳态吞噬流、非稳态吞噬流及非稳态对称流等流动模式。重点考察了不同流动模式下T型反应器内的界面反应特征,结合流动模式对混合效果、产物浓度分布及时间演化进行了分析,揭示了反应器内复杂流场对混合及界面反应的影响机理。结果表明,吞噬流三维旋涡结构使流体相互卷吸缠绕,通过折叠拉伸形成层状的流体界面,极大增加了反应物的界面接触面积,混合及反应程度显著提升,产物浓度较高且分布均匀。     

螺旋盘管反应器内黏性流体微观混合性能研究

螺旋盘管反应器无内插件及扰流部件,通过流体流动过程产生的二次流来提高微观混合效果,比较适合于黏性流体混合过程。今采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系为工作体系,以甘油调节体系黏度,对螺旋盘管反应器内黏性体系的微观混合性能进行研究。考察了物料体积流量、H+浓度、体积比、体系黏度、盘管内径对微观混合性能的影响,并与内径及有效长度相同直管的微观混合性能进行对比研究。结果表明,在实验研究范围内,提高物料体积流量可以增强混合效果,随H+浓度增加,离集指数显著增大。反应物摩尔比相同的前提下,微观混合性能随体积比增加而变差。随体系黏度增大,微观混合性能降低。减小螺旋盘管内径,微观混合性能提高,与直管相比,螺旋盘管反应器微观混合效果明显增强。     

旋转床内微观混合与反应过程的特性

对旋转床内微观混合的研究有助于建立其内部微观尺度上的混合与反应机制。在以往研究工作的基础上,依据数值模拟与实验结果的对比,间接确定了旋转床内的液膜厚度范围;对液膜速度模拟进行合理修正,通过流体流动、传质及反应过程的数值模拟,得到离集指数、湍流耗散率、停留时间以及微观混合时间的变化。实验结果和数值模拟表明：不同转速下的离集指数、混合时间、湍流动能耗散率等均表现出一定的多尺度现象。研究结果丰富了旋转床内微观混合与反应的认识,将为后续研究提供坚实的基础。