搅拌槽中固液悬浮及其放大的研究

研究了具有盘管、碟形底和斜叶涡轮固液悬浮搅拌槽的放大规律。试验用槽径（外径）分别为０．２ｍ、０．５ｍ和１．０ｍ的三个有机玻璃搅拌槽。用激光法测定悬浮液浓度。得出离底悬浮及均匀悬浮时搅拌转速和比功率的经验关联式，与测定槽内轴向速度分布所导出的均匀悬浮方程相吻合，并表明槽径的放大指数主要由循环流数所决定。     

搅拌槽内桨叶安装高度的数值模拟

采用CFD软件对搅拌槽内的气、液、固三相流动状态进行了数值模拟,桨型采用的是六直叶圆盘涡轮桨,具体从桨叶安装高度进行细致的数值分析,得出能够获得槽内良好固液悬浮性能下的最优化结构,并和标准搅拌槽进行对比,本研究为工业中搅拌槽的结构优化和放大提供了理论基础。     

搅拌槽内固液悬浮和气液分散的实验研究

在实验室提出的新型三相搅拌槽——自吸式龙卷流型搅拌槽中,采用六直叶圆盘涡轮桨进行三相混合性能的实验。从固液悬浮、气液分散和传质性能等方面对搅拌槽进行了研究,探讨了固相颗粒对气含率和传质性能的影响,得到了搅拌槽中不同性能参数的变化规律。结果表明:自吸式龙卷流型搅拌槽作为一种新型的三相搅拌槽,能够获得良好的固液悬浮和气液分散效果;当搅拌槽内固相体积分率较低(φ20%)时,可采用颗粒的壁面堆积高度作为完全悬浮状态的判定标准;固相颗粒的存在会使气含率明显降低,但对传质性能的影响较为复杂,φ5%时的体积传氧系数K L a高于纯溶液,φ5%时的K L a低于纯溶液,但都随固相体积分率的增加而降低。     

搅拌槽内固液悬浮和气液分散的实验研究

在实验室提出的新型三相搅拌槽——自吸式龙卷流型搅拌槽中,采用六直叶圆盘涡轮桨进行三相混合性能的实验。从固液悬浮、气液分散和传质性能等方面对搅拌槽进行了研究,探讨了固相颗粒对气含率和传质性能的影响,得到了搅拌槽中不同性能参数的变化规律。结果表明:自吸式龙卷流型搅拌槽作为一种新型的三相搅拌槽,能够获得良好的固液悬浮和气液分散效果;当搅拌槽内固相体积分率较低(φ<20%)时,可采用颗粒的壁面堆积高度作为完全悬浮状态的判定标准;固相颗粒的存在会使气含率明显降低,但对传质性能的影响较为复杂,φ<5%时的体积传氧系数K L a高于纯溶液,φ>5%时的K L a低于纯溶液,但都随固相体积分率的增加而降低。     

气-液-固三相搅拌槽反应器模型及模拟研究进展

综述了气-液-固三相搅拌槽反应器模型和模拟的研究进展。讨论了可用于气-液-固三相流的模拟方法,三相流模型适合于气-液-固三相搅拌槽反应器的数值模拟。给出了气-液-固三相搅拌槽反应器数值模拟的研究进展,目前研究中还缺乏基于机理的相间作用力模型,常用的湍流模型不能描述搅拌槽内的各向异性,没有局部性质的实验数据导致气-液-固三相搅拌槽反应器的模型和模拟无法得到充分验证。建议在今后的研究中构建"两尺度"气-液-固三相湍流单元胞模型,扩展两流体显式代数应力模型为三流体模型,开发局部照相探针技术及相应的图像处理软件。     

烟气脱硫吸收塔底部浆液池内流场特性的数值模拟

为了达到烟气脱硫吸收塔内烟气、吸收液和析出铵盐三相混合的效果,烟气脱硫吸收塔都采用侧入式的推进式搅拌器.运用计算流体力学技术(CFD)对吸收塔底部浆液池内单相和液固两相的侧搅拌流场进行数值模拟.模拟结果表明,液固两相搅拌时,与单相流相比,固相的引入抑制了液体向上的发展,流体循环流动范围变小.径向角作用是产生不对称的循环流,增加流体湍动,但对液固两相的固体悬浮状况没有明显改善.法向角可以改善浆液池底部单相流的湍动和液固两相的固体悬浮,当法向角为7°时,浆液池内固体颗粒的悬浮状态最好.     

新型自吸式多相搅拌槽临界悬浮特性的实验研究

在不通气的情况下,对新型多相搅拌槽进行实验,得出了其固相含量w、颗粒密度r、搅拌槽内径D与临界悬浮转速Nc的关系,在相同条件下,与给定结构尺寸的标准搅拌槽对比了临界悬浮转速. 结果表明,Nc随固相分率j增加和粒径dp增大而增大,不利于达到良好的悬浮效果;固相颗粒密度越大,临界悬浮转速随之增大;槽径增大使达到悬浮状态的临界转速降低. 该新型搅拌槽临界悬浮转速的关联式是Nc=6.3dp0.21(gDr/rL)0.45w0.19/D0.55;同一固相分率下,新型多相搅拌槽的临界悬浮转速比标准搅拌槽降低了30%,在较低转速下就能使颗粒悬浮.     

多相搅拌槽内宏观混合研究进展

多相搅拌槽反应器广泛应用于化工、冶金等过程工业中,而多相混合状态对于多相搅拌槽反应器的设计、优化和放大具有重要意义.混合时间是表征其宏观混合过程的一个重要参数.文中从实验和数值模拟二方面对多相搅拌槽反应器的液相混合时间研究进行综述,对气液、液固、液液、气液固4种体系的多相搅拌槽进行了分类总结,讨论了分散相、桨型、转速、...     

高固含搅拌槽内临界离底悬浮转速的数值模拟

使用计算流体软件CFX5.5.1对固液搅拌槽内颗粒的临界离底悬浮转速进行了数值模拟. 搅拌槽直径D=0.476 m,搅拌桨为三叶CBY螺旋桨. 桨叶安装高度h=D/3. 固液两相为玻璃珠-水,固体体积浓度为15%~50%. 对临界离底悬浮的速度判据进行了修正,并利用浓度判据与修正的速度判据得到颗粒临界离底悬浮转速Njs,模拟计算结果与实验数据的误差在工业允许的范围内. 同时,对临界离底悬浮状态槽底部不同浓度下的流体湍流动能的分布情况以及大小进行了预测,并对2种固体临界离底悬浮机理进行了验证.     

液体搅拌的放大

介绍了几种常用的液体搅拌放大的判据,并对流量型搅拌、气液分散、液液分散、固液悬浮以及结晶过程的搅拌,分别提出了适用的放大判据。对于几何学条件,有的可以是几何相似的,有的则不能采用几何相似。还讨论了以单位容积功率作为放大判据时,可能出现的问题和改进措施。     

偏心搅拌槽固液悬浮特性

以数值模拟对偏心搅拌时的固液悬浮特性进行了研究,物料选用固相体积分数为15%、粒径为135 mm的球形玻璃珠-水两相体系,采用标准k-e湍流模型模拟液相流动,采用欧拉多相流模型模拟悬浮过程,分析了偏心率对搅拌流型、颗粒浓度分布及能量消耗的影响. 结果表明,偏心搅拌时浓度分布比中心搅拌更为均匀,可改善固液悬浮效果,且具有节能功效;不同偏心率的改善效果不同,偏心率e=0.21时悬浮效果最理想,此时的临界悬浮转速约为中心搅拌时的80%,消耗的功率约为中心搅拌时的90%.     

基于LED光源反射的液固搅拌槽中颗粒悬浮特性测定的光纤法

提出一种基于LED光源反射的液固搅拌槽中固体颗粒悬浮特性测定的光纤法. 在直径0.38 m、底部为椭圆形的搅拌槽中,用该法对水-二氧化硅两相体系固体颗粒悬浮特性进行了测定. 结果表明,测量临界离底悬浮转速Njs的测量点应选择在搅拌槽下部区域,径向位置对Njs影响不大;在整个固含率范围内,光纤测量法与取样法测量结果较接近,平均相对误差为4.0%,目测法测定结果比取样法与光纤测量法稍高,光纤法比取样法更快速、简便,具有适用于不透明容器的优势,能快速测定最小均匀悬浮转速Nus,Nus随固含率增大而增大.     

关于搅拌设备设计中的几个问题

针对搅拌设备设计中有关搅拌功率、搅拌槽的传热和固液悬浮搅拌的问题 ,通过自身的设计实践 ,对其中的相关内容和参数 ,提出自己的看法     

搅拌釜内液固悬浮体系的浓度分布

在120°锥底、内径为φ700mm、φ250mm 的有机玻璃釜中,采用直接取样称重法研究了液固系搅拌釜内桨的结构、桨的位置及转速、固含量、物系性质等因素对釜内固相浓度分布的影响,同时用两区沉降扩散模型对实验数据进行分析,得到了固相悬浮质量与操作条件的关系,并提出了均匀悬浮的判据,为放大设计搅拌反应器提供了可行的理论依据。     

搅拌槽内三相混合特性的数值模拟

利用Ansys CFX软件对自吸式龙卷流型搅拌槽内的气、液、固三相混合特性进行了研究,从速度场、固相分布、湍动能、湍动能耗散及切应变速率等方面对其进行数值模拟,并与标准搅拌槽进行对比发现:自吸式龙卷流型搅拌槽具有良好的速度分布和固液悬浮性能,其湍动能和湍动能耗散分布合理,有利于物料之间的充分接触与混合,且其主要混合区域的剪切力小、功耗低,对介质的损伤小,节能效果明显。     

高固含率搅拌槽内颗粒分布及悬浮特性的数值模拟

采用Euler-Euler双流体模型对固含率9.2%(?)的高固含率悬浮搅拌槽内固液悬浮特性进行了模拟,对比了两种修正的曳力系数模型的模拟效果,考察了固含率轴向和径向分布及悬浮均匀度的变化规律.结果表明,搅拌速度低于600 r/min时,槽底会形成明显的中心密集沉积,转速从400 r/min增至1100 r/min,堆积高度由0.16减小至0,沉积区向槽底中心收缩直至消失.在离心力的作用下,循环流内的固相颗粒向远涡方向运动,循环流涡心处固含率低,悬浮均匀性降低.以无因次高度z/H=1/3为界,可将槽内两相流分为上、下循环区;颗粒分布受循环流交汇影响,固相在径向方向上随流场分散.固液悬浮均匀度?随无因次轴向高度的增加,稳定在0.5~0.7,转速从400 r/min增至1100 r/min,上循环区的?值平均降低37.2%.     

轴流桨搅拌槽内轴向流动速度的研究

为研究轴流桨搅拌槽内轴向速度的分布,在直径为300 mm的平底圆筒搅拌槽内,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对轴流式搅拌器主流区的流场进行测量。在不同转速和离底间隙条件下,对挡板前轴向时均速度在径向和轴向的分布进行分析和研究,采用壁面射流理论,建立搅拌槽内壁面射流流动模型,揭示轴向流动特性。结果表明:轴向速度沿径向的分布具有相似性;轴向最大速度沿轴向衰减;轴向流边界沿轴向线性扩展。研究结果有助于进一步了解搅拌槽内部流动特性,为固-液悬浮操作、过程放大和搅拌设备的优化设计提供理论依据。     

搅拌釜内液固悬液体系的浓度分布

在１２０°锥底、内径为φ７００ｍｍ、φ２５０ｍｍ的有机玻璃釜中，采用直接取样称重法研究了液固系搅拌釜内桨的结构、桨的位置及转速、固含量、物系性质等因素对釜内固相浓度分布的影响，同时用两区沉降扩散模型对实验数据进行分析，得到了固相悬浮质量与操作条件的关系，并提出了均匀悬浮的判据，为放大设计搅拌反应器提供了可行的理论依据。     

上浮颗粒特性对三相搅拌槽内固-液悬浮及气-液分散的影响

在直径为0.476m(T)的椭圆底有机玻璃搅拌槽中,采用作者此前研究优选的多层组合桨(HEDT WHD WHU),分别选用粒径在0.5至4mm、密度范围在900至955kg(m(3的聚丙烯(PP)颗粒及粉料、低密度聚乙烯(LDPE)颗粒、高密度聚乙烯(HDPE)颗粒作为上浮固体,操作液位为1.5～1.8T,研究了颗粒特性及操作液位对空气-水-上浮固体三相体系的固-液悬浮及气-液分散性能的影响.结果表明:对于同种颗粒,其表面状态对悬浮特性有较大的影响,颗粒表面因含有少量残余溶剂而呈现部分憎水特性时,达到液面处颗粒停留时间不大于1～2秒的临界悬浮状态所需搅拌转速及输入功率显著增加;此时减少上层桨与液面的距离对降低临界悬浮转速及功率有较大贡献.当颗粒种类不同,表面状态及粒径相近时,液固密度差越大,所需悬浮转速越高;但相同输入功率及表观气速时的气含率相差不大.液固密度差相近时,颗粒越小越易被悬浮,但颗粒越小浓度增加使三相体系的气含率降低的幅度越大.对于不同颗粒所得气含率关联式及悬浮特性研究结果可为工业气液固搅拌槽/反应器的优化设计提供参考.     

搅拌固液悬浮研究进展

固液悬浮是典型的单元操作,对其进行研究具有重要意义。回顾了60年来搅拌容器内固液悬浮的研究历程,介绍了常见的搅拌悬浮设备结构,对比分析了有挡板和无挡板时的临界悬浮转速,阐述了固液悬浮的各种实验测试及数值模拟方法,论述了自由液面变形对搅拌固液悬浮的影响及研究现状,并展望了未来在数值研究方面的发展方向。