不同叶片形状盘式涡轮搅拌桨的气-液分散特性

在直径为0.48 m的椭圆底搅拌槽中,采用包括半椭圆(HEDT)及抛物线(PDT)形叶片的4种盘式涡轮桨,研究了叶片形状对气液两相体系中临界分散、通气功率和气含率的影响. 结果表明,由载气到气泛测得的泛点比气泛到载气测得的泛点明显滞后;比较相同条件下PDT桨与HEDT桨的通气功率和气含率,相同通气准数时,PDT桨的相对功率消耗(Pg/P0)较高,通常大于0.75,且受通气量影响较小;功率消耗相同时,在较宽气量范围内PDT的气含率较HEDT高约5%. PDT桨在相同气量时达到气液分散所需的功率略低,推荐用于工业气液搅拌反应器中.     

开槽式圆盘涡轮搅拌器的气液分散特性

在直径为0.49 m的平底有机玻璃搅拌槽中,针对开槽式和未开槽式半圆形(SHY,HY)和抛物线形(SBTD,BTD)涡轮搅拌器进行研究,表明叶片开槽对气液二相体系中临界分散、通气功率和气含率(含气体积分数)的影响。结果表明:由载气到气泛测得的泛点比气泛到载气测得的泛点明显滞后;对比相同条件下2类搅拌器的通气功率和气含率,在相同通气准数下,开槽式搅拌器表现出功率消耗(Pg/P0)较未开槽搅拌器下降幅度增大,曲线形式改变明显的特点;在相同功耗下,开槽式搅拌器有气含率高的特点,以SBTD为例,其要高于BTD 3%左右,SHY也要高于HY。综合以上特点,开槽式搅拌器值得被推荐用于工业气液搅拌反应器中。     

多层组合桨搅拌槽内气-液分散特性的研究

在直径为0,476m的椭圆底搅拌槽中,采用由六叶半椭圆管叶盘式涡轮桨(HEDT)及四叶宽叶翼型桨的上提(WHU)及下压(WHD)操作组合的六种不同的三层桨,研究了气-液两相体系中的通气功率变化及气含率特性,获得不同桨型的通气搅拌功率及气含率的关联式;结果表明,底桨为HEDT的组合桨通气功率下降幅度最小,相同输入功率时气含率最高,其次为WHD,WHU为底桨时气液分散性能最差。因此,适用于气液两相操作的优化组合桨应以HEDT为底桨。此研究结果可为工业用多层组合桨气液搅拌反应器的设计提供参考。     

电解质对搅拌反应器中气-液分散特性的影响

在直径为0.48 m的椭圆底搅拌槽中,采用以半椭圆管盘式涡轮桨为底桨、上提操作的宽叶翼形桨为中、上层桨的三层组合桨,研究了硫酸钠溶液浓度对搅拌功率和气含率等气液分散特性的影响. 结果表明,相对功率需求(Pg/P0)随硫酸钠溶液浓度升高而下降,但当其浓度大于0.2 mol/L时,Pg/P0几乎不再随浓度变化而变化. 随体系温度升高,Pg/P0上升,但上升幅度略小于去离子水体系. 气含率随硫酸钠溶液浓度增加而提高,但增幅逐渐减缓,硫酸钠浓度为0.5 mol/L时气含率比去离子水体系增大约47%. 随温度升高,气含率有所下降,温度由24℃升至68℃,非凝并体系中整体气含率平均减小11%,而在凝并体系中减小约40%.     

组合桨搅拌槽内非牛顿流体的气液分散特性

采用Brookfield黏度仪测量了质量分数为0.5%,1.0%,1.5%的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液在298.15 K的流变特性。在直径为0.48 m的平底搅拌槽中,对搅拌槽内不同的3层组合桨的气液二相的分散特性进行了实验研究,考察了非牛顿流体浓度、桨型组合、通气量和搅拌转速对通气功率、相对功率和气含率的影响规律。结果表明:CMC水溶液为假塑性流体,幂律方程能很好地关联其流变特性。在相同操作条件下,随着浓度的增加气含率减小,功率消耗增加;在相同的功率输入时,下压桨型组合的气含率更高。相对功率(PG/P)、气含率关联式等研究结果对非牛顿流体的气液搅拌器设计和操作具有一定参考价值。     

不同温度下空气-聚醚多元醇的搅拌特性

在直径为0.28 m椭圆底搅拌釜内,以空气-聚醚多元醇为实验物系,对20～120℃范围内不同温度下两种三层组合桨的搅拌功率及气含率特性进行了实验研究,并获得了不同组合桨的相对功率消耗及气含率关联式。结果表明：随着通气流量和搅拌转速的增大,两种组合桨的气含率均升高,相对功率消耗均减少;随着温度的升高,两种组合桨的气含率和相对功率消耗均减小。但组合桨Ⅰ（底HEDT＋中WHu＋上WHu）的综合性能要优于组合桨Ⅱ（底6XYK＋中6XDT＋上HEDT）,有利于获得较高的气含率和通气搅拌功率,更适合用于聚合体系气-液两相混合操作过程中。     

翼型组合桨持气特性的实验研究及数据关联方法

研究了内径φ0.382～1.16m机械搅拌釜中翼型组合桨气液两相的持气特性,考察了结构参数 (包括翼型桨径、桨间距、桨下距离、通气位置、挡板形式及翼型桨排出流方向)和操作参数 (包括搅拌转速与通气量)对气含率的影响.采用单位体积功率和表观气速及Froude数和通气流动数两种方法对气含率进行了关联处理,并采用神经网络技术建立了翼型组合桨的气含率关联的网络模型,该模型掌握了各参数对气含率的影响规律,具有很好的泛化能力,与传统关联方法相比,网络模型的预测误差可缩小至±10％以内.     

多层新型桨搅拌槽内气-液两相流动的实验与数值模拟

对三层新型组合桨气-液两相搅拌槽内的流体流动进行了实验研究,并采用计算流体力学(CFD)的方法对气-液两相搅拌槽的通气搅拌功率、流场、局部气含率及总体气含率进行了数值模拟,数值模拟采用了欧拉-欧拉方法,数值模拟结果与实验值吻合良好,同时考察了通气流量和搅拌转速对通气搅拌功率和气含率的影响规律. 研究结果表明,欧拉-欧拉方法能较好地模拟搅拌槽内气-液两相流的流动状况.     

不通气的沸腾汽-液-固三相搅拌槽中的汽液分散和固体悬浮

在直径为0.476 m的椭圆底搅拌槽中,采用直径为0.238 m的单层六叶深凹叶盘式涡轮桨(HEDT),在液位为0.5 m的全挡板条件下研究了沸腾状态下,蒸汽、去离子水和玻璃珠组成的汽-液-固体系中搅拌功率、气含率及固体颗粒完全离底悬浮特性,并与常温通空气三相体系进行对比.研究结果表明,沸腾条件下的流体动力学性能与常温通气体系相比存在较大差异.在沸腾条件下,搅拌功率消耗随着搅拌转速的增加有所下降,但HEDT桨具有较高的载气能力,即使在高叶端线速度下,相对功率消耗(RPD)仍能保持在较高的水平;沸腾体系的气含率随单位质量流体输入功率的增加表现出先增后减的规律,即存在气含率的极大值,蒸汽成核位置和固体颗粒悬浮特性随搅拌功率增加而改变是造成上述行为的主要原因;沸腾体系中的气含率远远低于常温通空气体系.临界悬浮搅拌转速(NJSG)随固相体积分率的增加略有增加;沸腾体系中蒸汽量的变化对NJSG影响远小于常温通气体系.研究结果对于工业沸腾态三相搅拌反应器的设计和操作具有一定的参考价值.     

空气-水/PPG体系的搅拌功率与气含率实验测定

在直径为0.28 m三层组合桨椭圆底圆柱形搅拌釜内,研究了搅拌转速、通气流量及温度对不同体系(空气-水、空气-聚醚多元醇)通气功率特性及气含率特性的影响.结果表明,在相同的条件下,随着通气流量和搅拌转速的增大,两种体系的气含率均升高,相对功率消耗(Pg/P0)均减小;随着温度的升高两种体系的气含率均减小,空气-水体系中相对功率消耗增加,但空气-聚醚多元醇体系中相对功率消耗却减小.并通过多元线性回归得到气含率和相对功率消耗经验关联式,为高温条件下不同气-液体系搅拌釜的设计和放大提供理论参考.     

Influence of impeller diameter on overall gas dispersion properties in a sparged multi-impeller stirred tank☆

The impeller configuration with a six parabolic blade disk turbine below two down-pumping hydrofoil propellers, identified as PDT + 2CBY, was used in this study. The effect of the impeller diameter D, ranging from 0.30T to 0.40T (T as the tank diameter), on gas dispersion in a stirred tank of 0.48 m diameter was investigated by experimental and CFD simulation methods. Power consumption and total gas holdup were measured for the same impeller configuration PDT + 2CBY with four different D/T. Results show that with D/T increases from 0.30 to 0.40, the relative power demand (RPD) in a gas–liquid system decreases slightly. At low superficial gas velocity V_S of 0.0078 m·s^-1, the gas holdup increases evidently with the increase of D/T. However, at high superficial gas velocity, the systemwith D/T=0.33 gets a good balance between the gas recirculation and liquid shearing rate, which resulted in the highest gas holdup among four different D/T. CFD simulation based on the two-fluid model along with the Population Balance Model (PBM) was used to investigate the effect of impeller diameter on the gas dispersion. The power consumption and total gas holdup predicted by CFD simulation were in reasonable agreement with the experimental data.     

MIXING CHARACTERISTICS IN SLURRY STIRRED TANK REACTORS WITH MULTIPLE IMPELLERS

Hydrodynamic parameters such as power consumption, gas holdup, critical impeller speed for solid suspension and mixing time were measured in slurry stirred tank reactors with multiple impellers. The experiments were mainly conducted in a stirred tank of 0.2mi.d. with baffles. It contained two four-pitched blade downflow turbines for gas dispersion and one Pfaudler type impeller for solid suspension. As a part of scaling studies, additional experiments were also carried out in a larger stirred tank reactor (0,8m i.d.) geometrically similar to the smaller one. Glass beads and polymeric particles were used as a solid phase. Solid concentration was in the range of 0-20% (K/K). Tap water and methanol were used as a liquid phase

The power consumption decreased due to an introduction of gas and the presence of solids caused a decrease in the extent of reduction in power consumption. A correlation for power consumption in aerated slurry systems was proposed, It was found that the presence of solids is responsible for a decrease in gas holdup. A new correlation for gas holdup in gas-liquid-solid three-phase stirred tank reactors was developed. It fit the present experimental data reasonably. The critical impeller speed for solid suspensions increased with increasing gas flow rate. However, its increase was rather smaller as compared with the predictions of the correlations available in the literature. We proposed a correlation of the critical impeller speed for solid suspension in the presence of gas. The mixing time complicatedly increased or decreased depending on gas flow rate, impeller speed, solids type and concentration.     

多层桨搅拌槽内非常温体系局部气含率分布

引　言局部气含率是气 -液分散的重要特征参数 ,它广泛应用于反映器的分析、选择及设计 .局部气含率与槽内的流型密切相关 ,它能够反映槽内局部的分散及传质特性 ,因此受到研究者的广泛关注[1] .由于受测试手段的限制 ,仅有部分学者对常温下单层桨通气搅拌槽进行了研究[2～ 6] ,而对于工业中广泛应用的多层桨搅拌槽则研究甚少 .许多工业过程是在较高的温度下进行的 ,而已有的研究几乎都是在常温下进行 ,忽视了液体的温度对气 -液两相体系流体力学性能的影响 .常温下的气 -液分散体系 (气体 -常温液体 )主要常见于耗氧性生物发酵、水处理等工…     

Scale up criteria for dual stirred gas-liquid unbaffled tank with concave blade impeller

Experimental investigation has been done in unbaffled gas-liquid stirred tanks using dual concave blade impeller to analyze the mass transfer, power consumption and gas holdup. Optimal impeller clearance has been suggested for lower and upper impeller based on maximum mass transfer rate. Numerical modeling has been done to analyze the flow pattern for different combinations of impeller clearance. The lower impeller positioned at 0.3 of tank diameter and clearance between lower and upper impeller at 0.4 of tank diameter gave the maximum mass transfer coefficient. Scale-up criteria for mass transfer rate, power and gas holdup have been developed for optimal geometrical similar systems of unbaffled stirred tanks with dual concave impeller.     

搅拌槽内气液两相混沌混合及分散特性

传统Rushton刚性桨常应用于过程工业中搅拌反应器内的气液分散过程,但由于桨叶背后易形成较大的气穴,气液混合效果较差。为了提高搅拌槽内气液两相的混合效果,提出了一种刚柔组合桨强化气液两相的分散过程。利用LabVIEW软件处理刚性桨和刚柔组合桨体系中气液混合过程的压力脉动信号,通过Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数（LLE）,分析气液混合体系的混沌混合行为,同时,对刚性桨和刚柔组合桨体系中的相对搅拌功耗、整体气含率、局部气含率进行测量。结果表明,在功耗为170 W,通气量为10 m³·h^-1条件下,与刚性桨相比,刚柔组合桨能够通过刚-柔-流的耦合作用促进桨叶能量的传递过程,提高搅拌体系的混沌混合程度,刚柔组合桨体系的LLE提高了8.89%。同时,在相同操作条件下,与刚性桨相比,刚柔组合桨能够有效提高相对搅拌功耗以及搅拌槽内的整体气含率和局部气含率,且搅拌槽内气体分散更为均匀。     

翼形桨在气液固三相搅拌反应釜中的混合性能

<正>机械搅拌槽中高速旋转的叶轮产生的排出流中,径向速度主要用于气体的剪切分散,而其轴向速度是固体悬浮和液相轴向混合的主要动力。三相体系的混合不仅要求叶轮具有较强的径向剪切分散能力,而且要有一定的轴向混合能力,以此达到对气体和固体的同时分散。理想的混合水平不仅要求达到二者在宏观上的均匀,而且在微观混合上也要达到一定的均匀度,为此对搅拌桨的设计提出了较高的要求。在气液二相的混合操作中比较多的采用了盘式涡轮桨,而在液固二相的混合操作中比较多的使用螺旋桨,这都是为了利用各自不同的混合优势。涉及到气液固三相混合,由于气体和固体的分散是一个相互制约的问题,完全的径向