涡轮自吸桨强化气液混合及氧化反应速率

自吸式搅拌桨具有强化多相及均相体系混合的特性,被广泛应用于化工冶金等领域。本文提出了一种新型涡轮自吸桨,并对其在混合及氧化还原过程中的强化作用进行了研究。以电导率法作为测定方法,以混合均匀时间作为表征参数,对搅拌转速、搅拌输入功率、示踪剂添加位置、吸气和吸液混合等影响因素进行了系统研究。研究结果表明,混合均匀时间随搅拌转速增加而降低,且存在临界转速,即为200r/min,当搅拌转速大于临界转速200r/min后,混合均匀时间基本维持稳定;当搅拌桨以吸气形式运转时,其他条件相同的情况下,自吸桨200r/min转速的混合效果与常规搅拌桨350r/min的混合效果相当;当搅拌桨以吸液形式运转时,自吸桨在0.27kW/m³输入功率下可达到常规搅拌桨1kW/m³以上输入功率的搅拌混合效果。同时,本文以水杨酸为活性氧捕集剂,初步探究了自吸式搅拌桨在强化氧化还原过程的机理,研究结果表明自吸式搅拌桨在吸气运转过程中,混合搅拌体系产生了羟基自由基,对应羟基化产物在120min后积累浓度为73.47μmol/L。此外,以二价铁为氧化剂受体,以二价铁的氧化效率为表征参数,对自吸式搅拌桨实际应用效果进行了系统研究,研究结果表明,在氧化二价铁的过程中,当pH为5.0时,自吸桨氧化优于曝气氧化效果;在pH=4.0、常温条件下,相较于普通搅拌桨,自吸式搅拌桨对应体系的氧化效率达到30%,是常规搅拌桨的10倍;当转速大于300r/min时,转速增加对氧化平衡终点影响较小,对氧化速率影响较大,即转速为400r/min的氧化效率比300r/min的氧化效率高30%。     

刚柔组合桨强化粉煤灰酸浸搅拌槽内固液混沌混合

传统粉煤灰提铝工艺中酸浸搅拌槽均采用刚性搅拌桨。因刚性桨卷吸能力有限，导致固体颗粒易沉槽、流体混沌混合效率低。提出刚柔组合桨强化酸浸搅拌槽中固液混沌混合行为。实验基于固含率为30%的粉煤灰-自来水体系，研究了刚柔组合酸浸搅拌槽内混沌混合特性及能量耗散规律。采用扭矩传感器采集扭矩时间序列信号，借助Matlab软件编译计算混合过程中最大Lyapunov指数和多尺度熵等混沌特性参数，以单位体积功耗表征搅拌反应器的功率特性。实验考察了搅拌桨安装离底高度、柔性片长度、柔性片宽度等因素对酸浸槽内粉煤灰混沌混合的影响，对比了刚性桨与刚柔组合桨体系的能耗差异。研究结果表明：刚柔组合桨通过柔性片的作用，能增大搅拌桨的卷吸力，进而减少固体颗粒沉槽现象，促进全槽混沌混合；在最优化条件（120 r/min，搅拌桨安装离底高度为T/4，柔性片长度为1.2H ₁、柔性片宽度为D/8）下，体系最大Lyapunov指数达到最大值0.0645，各尺度下的MSE均比其他条件更大，表明刚柔组合桨能够通过柔性片的多体运动，强化体系混沌混合，均化体系能量分布；刚性桨与刚柔组合桨的单位体积功耗随着转速的增加呈现指数规律增长。     

直接精馏法提取纤维素乙醇

采用直接精馏法研究了高固含量(质量分数)、高黏度的玉米秸秆发酵醪液的精馏工艺,设计了带搅拌桨的不锈钢筛板-填料精馏塔,确定了固含量为11.56%的发酵醪液的幂律模型本构方程,进而得到塔釜中发酵醪液的黏度和搅拌桨转速的关系。在进料量为2.7 L/h、进料体积分数为10%左右、进料温度为30℃、操作压力为常压的条件下,考察了进料位置、回流比、搅拌桨转速等操作条件对纤维素乙醇精馏的影响。实验结果表明:第27块塔板进料、操作回流比5.0、搅拌桨转速36 r/min为最佳操作条件,塔顶乙醇收率可达到99%以上。     

刚柔组合桨强化粉煤灰酸浸搅拌槽内固液混沌混合

传统粉煤灰提铝工艺中酸浸搅拌槽均采用刚性搅拌桨。因刚性桨卷吸能力有限,导致固体颗粒易沉槽、流体混沌混合效率低。提出刚柔组合桨强化酸浸搅拌槽中固液混沌混合行为。实验基于固含率为30%的粉煤灰-自来水体系,研究了刚柔组合酸浸搅拌槽内混沌混合特性及能量耗散规律。采用扭矩传感器采集扭矩时间序列信号,借助Matlab软件编译计算混合过程中最大Lyapunov指数和多尺度熵等混沌特性参数,以单位体积功耗表征搅拌反应器的功率特性。实验考察了搅拌桨安装离底高度、柔性片长度、柔性片宽度等因素对酸浸槽内粉煤灰混沌混合的影响,对比了刚性桨与刚柔组合桨体系的能耗差异。研究结果表明:刚柔组合桨通过柔性片的作用,能增大搅拌桨的卷吸力,进而减少固体颗粒沉槽现象,促进全槽混沌混合;在最优化条件(120 r/min,搅拌桨安装离底高度为T/4,柔性片长度为1.2H1、柔性片宽度为D/8)下,体系最大Lyapunov指数达到最大值0.0645,各尺度下的MSE均比其他条件更大,表明刚柔组合桨能够通过柔性片的多体运动,强化体系混沌混合,均化体系能量分布;刚性桨与刚柔组合桨的单位体积功耗随着转速的增加呈现指数规律增长。     

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。     

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、...     

淤浆聚合釜中三种桨型固液分散性能的比较

为考察淤浆聚合釜桨叶形式及转速对釜内液固分散性能的影响,建立了锥形釜体内锚式桨、螺带桨和斜叶桨的固液分散计算流体力学(CFD)模型和冷模实验。3种桨型的模拟扭矩与实验值平均误差在10%以内,模拟所得浓度场与摄像实验所得的固含率分布规律一致,模拟结果较为可靠。研究结果表明:搅拌功率随转速增大而增加,相同转速下三者功耗从大到小的顺序为锚式桨、螺带桨和斜叶桨;相同雷诺数(Re)下三者固液功率准数从大到小的顺序为斜叶桨、螺带桨和锚式桨;达到相同的浓度场方差的功耗从大到小的顺序为锚式桨、螺带桨和斜叶桨。以特征线上浓度分布行为判定,3种桨型均存在混合程度的临界转速;以浓度场方差为量化指标,3种桨型均存在最优固液分散转速。结合两者,锚式桨的实际操作转速推荐范围为120～480 r/min,螺带桨为240～600 r/min,斜叶桨为120～600 r/min。     

新型最大叶片式搅拌器用于工业规模反应器气液混合特性的数值模拟

以1.0%质量分数黄原胶溶液为研究体系,运用计算流体力学(CFD)方法对10 m~3工业规模搅拌釜内新型最大叶片式搅拌桨的气液混合性能进行了数值模拟,重点研究了新型最大叶片式搅拌桨在搅拌转速为42 r/min,五种通气量(0.27~0.35 vvm)下气液混合特性。结果表明:流体在新型最大叶片式搅拌桨作用下呈现一个整体大循环;在相同转速下,增加通气量,搅拌器单位体积功耗减小,气含率、气泡尺寸及气液传质系数呈不同增加趋势。     

错位桨搅拌槽内污泥与固体颗粒混合过程的数值模拟

以直径1 m的搅拌槽为模型、含水率92%的污泥和粒径0.1 mm的固体颗粒为工作介质,采用Fluent软件对错位六叶螺旋桨搅拌下污泥与固体颗粒的混合过程进行数值模拟,通过与普通六叶螺旋桨对比,分析了2种桨型的浓度场分布、混合时间及单位体积混合能,并将计算的固体颗粒浓度分布与实验结果进行了比较. 结果表明,固体颗粒浓度分布计算结果和实验结果吻合较好,流动场分布对混合过程有一定影响,相同条件下错位桨搅拌的浓度场分布更快趋于稳定. 当转速N=4 r/s时,错位六叶螺旋桨的混合时间为27 s,比六叶螺旋桨的混合时间缩短9 s. 采用错位桨单位体积混合能仅为普通桨的79.6%,节能效果显著.     

面向最优固含率的推进式搅拌器固相悬浮性能研究

稠密固-液搅拌操作中,优化固含率可以有效降低能耗、减少污染。在较宽固含率范围内,实验研究了推进式搅拌器的固相悬浮性能,考察了搅拌桨直径、桨叶离底高度等结构参数和固相粒径、液相黏度等物性对临界离底悬浮状态下单位质量功率的影响。结果表明,随固含率增加,单位质量搅拌功率先减小后增大,存在最优固含率,具有最低单位质量搅拌功率。对比不同工况,桨叶离底高度的变化对最优固含率的影响较小;而桨叶直径和固相粒径的增大,均会使最优固含率减小。黏性体系与清水体系相比,单位质量搅拌功率更小,最优固含率更高。此外,建立了推进式搅拌器驱动下单位质量搅拌功率的预测公式,可用来确定不同工况下的最优固含率,从而为工业上固-液搅拌操作中选择合适的悬浮液操作浓度提供一定的指导。