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。     

搅拌槽内气——液体系的分散,传质和传热

综述了搅拌槽内气－液体系分散、传质和传热特性，比较了搅拌器类型、通气方式和多级搅拌器对混合性能的影响。对文献中观点的分歧进行了探讨，由此得到两个传质系数关联式，并揭示出给热系数随操作条件变化的机理。     

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。     

搅拌槽内的液-液临界分散

在φ391mm搅拌槽中,分别采用双层Brumagin桨、双层三叶后掠式桨和双层A310桨与7种内构件相组合,在无乳化剂下对油水比(质量比)分别为1∶1.5,1∶2.0的煤油-水体系的液-液临界分散进行了研究。从工业实用的角度出发,对前两种桨找到了一种可替代“轻液挡板”的小挡板及其安装方法:内冷管上均布4块小挡板,B/D=0.08,插入液面深度为0.2D。在φ188mm搅拌槽中,于全挡板条件下,以歧化松香皂为乳化剂,分别采用3种不同几何参数的双层Brumagin桨对油水质量比为1∶1.5的煤油-水体系的临界分散进行了研究。结果表明,与无乳化剂情况相比,液-液临界分散转速(N_c)下降30％～40％,临界分散功耗(P_(cv))下降53％～66％;桨径减小会使N_c和P_(cv)增加。     

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。     

挡板进气多级搅拌槽内的气—液分散特性

研究了挡板进气多级搅拌槽内的气－液分散流型、临界分散转速、搅拌功率、气含率和气泡停留时间。试验证明，这种结构的搅拌槽，比标准通气式搅拌槽具有更优良的气－液分散特性，并回归得到了搅拌功率、气含率和气泡停留时间的关联式。     

气液固三相体系搅拌功率与气固分散状态的研究

在机械搅拌槽中，针对不同悬浮液浓度及不同通气水平的三相体系，使用翼形轴液浆（Ｋ４），圆盘涡钉（ＤＴ），斜叶（６ＰＴＤ，６ＰＴＵ），研究气体，固体分散状态对搅拌功率的影响规律。实验得出，轴向流成分的多少，直接影响固体在整槽分散的均匀星，气固的分散程度直接影响搅拌功率的变化，从搅拌功率和功能准数形式上间接判断气固分散的状态，而且，对同样的介质体系，翼形桨（Ｋ４）由于其良好分散性，具有较高的混事效率。     

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%.     

固-液搅拌槽内桨型对颗粒悬浮特性影响的实验和模拟研究

以水为液相,玻璃珠为固相,在固-液搅拌槽内比较了传统径向流Rushton桨、轴向流下推式45°六斜叶桨以及新型半折叶搅拌桨的功耗、泵送能力和对固体颗粒的悬浮效果。并应用CFD （Computational fluid dynamics）方法研究了不同搅拌桨操作下颗粒的轴向速度分布。结果表明：在相同转速下,Rushton桨的功耗最大,新型半折叶桨与下推式45°六斜叶桨的功耗接近;新型半折叶桨的流量准数最大,泵送能力最强;在固-液体系中,新型半折叶桨与下推式45°六斜叶桨的流型类似,但3种桨中新型半折叶桨对固体颗粒的悬浮效果最好。     

挡板进气多级搅拌槽内的气－液分散特性

研究了挡板进气多级搅拌槽内的气－液分散流型、临界分散转速、搅拌功率、气含率和气泡停留时间。试验证明，这种结构的搅拌槽，比标准通气式搅拌槽具有更优良的气－液分散特性，并回归得到了搅拌功率、气含率和气泡停留时间的关联式。     

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。     

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。     

多层桨搅拌槽内的液-液分散特性

在直径为0．476m的椭圆底圆柱形搅拌槽内,以水／航空煤油及水／环己烷为实验体系,研究了Rushton涡轮式搅拌桨(RT-6)、六半椭圆管涡轮式搅拌桨(HEDT)、折叶轴流式搅拌桨及翼形轴流式搅拌桨(CBY)的6种不同组合桨的液-液分散特性,用取样法测定了分散相体积分数的轴向分布及体系澄清时间。结果表明,组合桨中的底桨在液-液分散中发挥了主要作用。单位体积输入功率相同时,底桨为CBY的组合桨进行液-液分散后,液滴的平均滴径最小,体系澄清时间较长;底桨为HEDT的组合桨的分散效果次之;底桨为RT-6的组合桨因滴径分布较宽,虽然平均滴径最大,但澄清时间也较长。     

液-液分散搅拌槽的设计

介绍液-液分散搅拌槽的结构，临界转速的确定，所需动率的计算，以及有关平均滴径、界面面积的关联式。对滴径分布和传质系数也作了简单介绍。还提出了液-液分散搅拌槽的放大方法。     

搅拌槽内中高黏物系的气液分散特性研究进展

从实验和数值模拟两方面对搅拌槽内中高黏物系条件下的气含率、气泡尺寸大小和传质特性等进行综述。讨论了搅拌桨型、操作条件、黏度或非牛顿性对气液分散特性的影响。阐明了径流式搅拌桨和上翻式轴流桨的组合能减小气穴,更适合中低黏物系的搅拌;搅拌转速比通气量的影响效果更明显,转速增加使气泡的分布均匀性变好,而提高通气速度会产生大气泡,使气泡分布不均匀程度增加;黏度或非牛顿性的增加可以改变气泡的碰撞频率,气泡平均尺寸减小。最后讨论了针对中高黏物系的计算流体力学模型的修正方法,并且展望了此领域的研究发展方向。     

自吸式气液搅拌槽气液分散性能的实验研究

本研究在CFD数值模拟基础上,对双层桨自吸式搅拌槽有定子(自吸分散)和无定子(表面充气分散)两种情况进行性能研究.深入研究了不同桨型组合的气体吸入临界转速、功率准数、气含率和氧传递等性能.结果表明,在搅拌介质中,六直叶圆盘桨和六叶上斜叶桨在自吸分散时具有较好的吸气量和气液两相之间的传质性能.     

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。