固、液系机械搅拌槽中颗粒悬浮特性的研究

在一直径为700mm 的搅拌槽中研究了桨结构和模拟物料性质对颗粒的轴向浓度分布,临界搅拌转速和功率消耗的影响。认为 d=0.4 D 的6IBT(45°)折叶桨最适合用于固液悬浮。对只要求实现临界悬浮的过程,用单桨比用双桨省功;对要求实现较均匀悬浮的过程,采用双桨时不但省功而且操作转速低。经对实验数据的回归处理得到临界搅拌转速和功率准数的经验关联式如下:(1)6IBT(45°)桨:(■)(2)4IBT(45。)桨:(■)(3)45°折叶桨:(■)     

涡轮桨直径对锥盘底搅拌槽固液混合特性影响

利用CFD技术对锥盘底搅拌槽内的固液两相流混合浓度场进行数值模拟研究,考察了45°圆盘涡轮式搅拌桨直径d对固液混合时间数,单位体积混合能,浓度标准差,湍动能和湍动耗散率,和固相离底悬浮临界转速的影响。研究表明:随着搅拌桨直径的增大,搅拌槽内的流体由轴向流转变为径向流的流型转变高度逐渐减小。桨径比d/D大于0.3时,混合时间数显著减小;d/D小于0.4时,单位体积混合能较小;d/D达到1/3时,单位体积混合能最小。浓度标准差随搅拌桨直径的变化波动较小。d/D小于0.4时,湍动耗散率的增长率较低;d/D大于0.3时,固相离底悬浮临界转速显著减小。从提高混合效率和降低能耗的综合角度考虑,桨径比d/D应控制在0.3—0.4之间。     

充气条件下多层桨悬浮颗粒的临界转速

在直径为386 mm 的通气多层桨搅拌釜中,实验考察了下层搅拌桨型、挡板和气体分布器等对颗粒悬浮临界搅拌转速的影响,这对工业过程的设计和放大具有一定的指导意义.     

大型侧进式搅拌釜内湍流流场的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术对直径和高度均为13 m的大型侧进式搅拌釜内均相宏观流场进行数值计算。结果表明,将计算域划分为大约90万网格时,计算得到的搅拌功率曲线与实验数据吻合较好;考察不同操作转速、搅拌桨安装角度及个数对釜内低速死区分布的影响,发现增大搅拌转速很难有效地消除水平面上的死区;搅拌桨垂直向下5.71°或水平偏转11°安装能明显改善流体运动。三桨和四桨搅拌体系对釜上部流场的优化要好于两桨体系;但在相同转速下,双桨、三桨和四桨搅拌釜的搅拌功耗分别是单桨搅拌釜的1.2倍、2.3倍和3.4倍。综合考虑,三桨体系搅拌效率较高。最后采用组分模型计算得到不同转速下三桨釜的混合时间。     

立式圆槽内多轴搅拌器固-液悬浮性能

在直径(T)为2 m、高(H)为0.8 m的圆形搅拌槽内,采用三桨搅拌,桨型为CBY III(桨径D=0.174 m),3个桨在槽内均匀分布,通过对临界悬浮叶端线速度、沉积面积的分析,研究了搅拌桨槽内最优安装位置. 结果表明,最优径向安装位置为距壁面0.285R(R为圆形搅拌槽半径,m)处;液位为0.3T时的搅拌效果优于0.2T和0.25T;但液位在一定(0.2T~0.3T)范围内对功率的影响微小. 对比分析实验结果与文献数据可知,达到相同完全悬浮状态,立式多轴搅拌的功率消耗为单轴情况下(D=0.731 m)的2.8倍,但立式多轴搅拌器的制造成本更低;与侧伸式搅拌相比,5%沉积面积时立式多轴搅拌节省20%能耗,且安装维护更简便,在大型储罐中具有广泛的工业应用前景.     

穿流式搅拌桨在水—磷石膏系统中的搅拌性能研究

模拟工业生产中的磷酸萃取装置中磷石膏的悬浮过程，研究了穿流式搅拌桨在水－磷石膏系统的最佳开孔率值，最佳孔径值，最佳浸润周边值，以及不同开孔率、孔径、浸润周边下功率的变化，以及粘度和转速变化对功耗的影响，得出了临界悬浮值，并在冷模实验的基础上，对穿流式搅拌桨在工业上的应用前景作了预测。     

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.     

穿流式搅拌桨在水-磷石膏系统中的搅拌性能研究

模拟工业生产中的磷酸萃取装置中磷石膏的悬浮过程,研究了穿流式搅拌桨在水-磷石膏系统的最佳开孔率值、最佳孔径值、最佳浸润周边值,以及不同开孔率、孔径、浸润周边下功率的变化,以及粘度和转速变化对功耗的影响.得出了临界悬浮值,并在冷模实验的基础上,对穿流式搅拌桨在工业上的应用前景作了预测.     

无挡板悬浮聚合搅拌釜的粘釜规律

在φ300mm的有机玻璃釜中,用聚苯乙烯颗粒(PS)和粘胶建立了釜内流动条件对粘釜影响的冷模实验方法。研究了无挡板条件下搅拌釜内粘垢的产生及其分布规律,发现在相同搅拌功率下,各种搅拌桨叶对粘釜量的影响从低到高依次为双叶推进式桨、双叶45°斜桨、三叶后掠式桨、双叶60°斜桨、双叶平桨及六叶透平式桨,纵向分布随流型有所不同。并讨论了搅拌桨安装方式及搅拌转速对粘釜规律的影响。     

应用三维PDA研究多层桨在搅拌过渡区的流场

在直径为0.5ｍ的搅拌釜内,应用三维激光颗粒动态分析仪（简称PDA）测定了多层搅拌桨在搅拌过渡流区的三维流场．研究了不同的桨叶安放角、桨径、桨层间距、雷诺数及不同桨型对流场的影响规律,为在过渡流区操作的多层搅拌反应器的优化设计提供参考．     

改进型INTER-MIG搅拌槽内固液悬浮特性的数值模拟

应用CFD软件Fluent 12.0和并行计算机工作站对双层改进型INTER-MIG桨式搅拌槽内的固液悬浮特性、临界离底悬浮转速及功率消耗进行数值模拟,分析了在固体体积分数as=30%下,转速n、桨叶离底距离C1和桨间距C2等因素对搅拌槽内颗粒悬浮特性的影响. 结果表明,在一定的转速和桨径下,改变C1和C2会改变流场的局部结构,选取适合的C1和C2可使固液混合更均匀,有利于颗粒悬浮和整个搅拌槽传质传热的进行. 最佳桨叶离底高度与槽径比为0.36,最佳桨叶间距与槽径比为0.44;在该最佳工况下临界离底悬浮转速Njs=118.3 r/min;得到既能达到完全离底悬浮、又能使搅拌功耗最小的最佳转速为n=124 r/min.     

基于Hilbert-Huang变换的搅拌釜临界悬浮转速的声发射测量

基于声发射测量技术,结合Hilbert-Huang变换（HHT）,分析搅拌釜壁声发射信号,获得了代表浆液运动的特征频段(20～230 kHz),以特征频段对声信号进行重构。同时,以重构信号能量为特征参数,根据其随搅拌转速的规律性变化,提出了搅拌釜临界悬浮转速的测量判据,即重构信号能量由上升转向平稳时所对应的搅拌转速为临界悬浮转速。与目测法相比,该方法平均相对误差为3.83%,具有较高的精度。进一步,发现外循环加强了搅拌釜内轴向流动,有利于固体悬浮,从而使临界分散转速变小,并建立了外循环搅拌釜临界悬浮转速的预测关联式,平均相对误差为5.78%。由此获得了一种快速、准确、安全的临界悬浮转速的测量技术,有利于工业生产流程的优化和控制。     

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.     

无挡板搅拌槽中液－固体系的分散特性

在内径0.3 m、高0.45 m的无挡板搅拌槽内,采用直径0.15 m的三叶70o下推斜叶透平桨(PBTD, Pitched Blade Turbine Downflow)进行水-二氧化硅两相体系液固分散特性的研究. 应用PC-6A粉体浓度测量仪对体系中颗粒局部浓度进行测定. 考察了颗粒平均相含率为0.005的条件下,不同搅拌转速、搅拌桨离底高度对颗粒局部浓度分布的影响. 结果表明,采用较高搅拌转速、较低的搅拌桨离底高度有利于固体颗粒的悬浮. 本实验中,在搅拌转速为173 r/min、搅拌桨离底高度为0.08 m的操作条件下,颗粒悬浮效果最好.     

Study on the solid–liquid suspension behavior in a tank stirred by the long-short blades impeller

We investigated the solid–liquid suspension characteristics in the tank with a liquid height/tank diameter ratio of 1.5 stirred by a novel long-short blades(LSB) impeller by the Euler granular flow model coupled with the standard k–ε turbulence model. After validation of the local solid holdup by experiments,numerical predictions have been successfully used to explain the influences of impeller rotating speed,particle density, particle size, liquid viscosity and initial solid loading on the soli...     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C ₁、桨间距C ₂以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明：当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明：二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

声波测量在搅拌釜中固体颗粒临界悬浮转速测定的应用

基于声发射测量技术,结合声信号的频谱分析、小波分解和R/S分析,获得了代表颗粒运动的特征信号频段（d₁、d₂频段）。同时,根据声波特征信号频段能量随搅拌转速的规律性变化,以固体颗粒碰撞壁面产生信号高频区域的声能量分率值为特征参数,提出了搅拌釜临界悬浮转速的测量判据,即声能量分率快速减少并开始趋于稳定时所对应的搅拌转速为临界悬浮转速。以水-玻璃珠体系为例,与目测法相比,声波法测量值的平均相对误差为3.51%,具有较高的精度。利用经典的Zweitering临界悬浮转速计算公式对声波法测得的实验数据进行拟合,计算值与测量值之间的平均相对误差为3.17%,表明公式对于临界悬浮转速的计算具有较高的准确性。由此获得了一种快速、准确、安全的搅拌釜反应器临界悬浮转速测量技术,有利于工业生产流程的优化和控制。     

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。     

固-液导流筒搅拌槽内流体流动和颗粒悬浮特性

在直径0.8 m的导流筒搅拌槽内,对单相液体的三维速度分布、固-液两相的固体颗粒浓度分布和离底悬浮特性进行了系统的实验研究. 结果表明,导流筒内外的轴向液相速度远大于径向和切向速度,导流筒外壁附近存在一个与主体轴向流动方向相反的二次流区域;搅拌槽底部结构对固体颗粒的临界离底悬浮转速(NJS)有显著的影响,浅锥底的NJS比平底的低14%以上;NJS随固相浓度的增加而增加,但当浓度超过50%时,NJS略有降低;槽内固相浓度分布的均匀性随固相浓度的增加而得到改善. 本研究结果对导流筒搅拌槽的优化设计具有一定的指导意义.