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。     

固-液搅拌槽的分散性能

在直径为0.478 m的立式搅拌槽中,采用高岭土和水为物料,比较了四斜叶、六直叶涡轮等8种桨的固-液分散性能及搅拌功率(P)、桨组合形式对分散性能的影响规律. 结果表明,8种桨中分散效果最好的是六直叶涡轮桨和四斜叶桨,分散速率最快的是两叶CBY桨;分散速率与P1.08成正比;分散前期,搅拌功率增加,相对分散效果Y随之提高,当Y达到0.999以上,提高搅拌功率对搅拌效果几乎不起作用;采用分散速率较快(两叶CBY桨)与分散效果较好(四斜叶桨)的双桨组合,更适于连续操作过程.     

不同类型搅拌器的气—液分散和混合特性

在通气式搅拌槽内研制了直叶圆盘涡轮、直叶桨式涡轮、４５度折叶圆盘涡轮、４５度折叶桨工涡轮、凹弧叶圆盘涡轮、锥形涡轮和布鲁马金式搅拌器的临界分散转速、分散状态、搅拌功率、气含率、气泡停留时间、排量准数和输出效率，并获得了适用上述种类搅拌器的临界分散转速、搅拌功率、气含率和气泡停留时间关联式。     

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。     

组合桨的气液搅拌特性实验研究

对 6种三层组合搅拌桨的功率准数及传质特性进行了实验研究。结果表明 ,1层径流型桨叶和2层混流型桨叶的组合 ,综合性能优于其他形式搅拌桨的组合 ,其功率准数比六直叶圆盘涡轮式桨叶减少 4 0 % ,且在通气下其功率下降最小 ,而传质系数Kla与最大的三层六直叶圆盘涡轮搅拌桨相当     

搅拌槽内粘稠物系中气液相间氧传递

以发酵罐中气液相间氧传递为背景，考察了搅拌槽内搅拌器形式、物系流变性质、通气搅拌操作条件等对假塑性粘稠物系中氧传递过程的影响。结果表明，这些因素主要通过改变气体分散状态和相间传质面积来影响氧传递速率。根据气泡在搅拌槽内不均匀分布现象，多层搅拌下气液相间传质过程可以用气泡运动分区分布模型来描述。它说明了采用轴向流桨和涡轮桨组合的搅拌形式在氧传递方面的优越性，为强化发酵罐中供氧指明一条有效途径     

不同桨型组合淤浆聚合釜内固液悬浮特性研究

针对高密度聚乙烯搅拌式聚合釜物料体系,利用三叶后掠式搅拌桨HQ、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX、桨叶安放角δ分别为45°和75°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY和平直叶圆盘涡轮式搅拌桨PY构成四种桨型组合,在直径T=480 mm的圆柱形有机玻璃搅拌槽内进行了固液悬浮实验。基于计算流体力学软件Ansys Fluent 2020R2,采用多重参考系法以及欧拉-欧拉多相流模型,研究了各桨型组合在30.71%固含率下的流场和固液悬浮状态。研究结果表明,转速小于250 r/min时,桨型组合2和3在搅拌槽内顶部会形成清液层;桨型组合1和4能在更低转速和更低功率的情况下达到物料的均匀混合状态,且桨型组合4比桨型组合1的功率消耗降低约30%,具有高效节能的效果。模拟获得的固含率分布趋势与实验所测数值吻合较好。模拟的流场表明桨型组合4和1的流型相似,可以有效避免桨型组合2和3在低转速下出现的清液层。     

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。     

同心双轴复合式搅拌釜用于牛顿流体时的功耗及混合特性

在直径0.48 m的椭圆底搅拌槽内,液位与槽径比(H/T)为0.6,采用不同粘度的牛顿流体糖浆溶液,研究了分别以CBY, 45o四斜叶桨及Rushton涡轮桨作为快速分散桨、锚式桨作为慢速桨构成的同心双轴搅拌系统,在快、慢速轴同向和异向2种旋转方式操作时的功率特性和混合性能. 结果表明,分散桨对锚式桨的功率消耗影响较大. 两轴同向旋转时,分散桨会使锚式桨的功耗降低,转速比RN增加,降低幅度也增大,RN=14时,锚式桨功率可降至单独旋转时的约10%;异向旋转时锚式桨的功率随RN增加而增加,RN=14时,锚式桨功率可增至单独旋转时的2倍左右. 但锚式桨对分散桨的功率消耗影响很小,在±5%以内. 计算同心双轴复合搅拌系统的复合功率准数和复合雷诺数关系时考虑了RN的影响,使在实验条件下不同转向及RN的功率曲线较好吻合. 混合效果同向旋转优于异向旋转,在牛顿流体中,达到相同混合效果时,CBY桨的能量消耗仅为其他2个分散桨的20%~30%.     

搅拌槽中垂直列管外壁的传热膜系数分布

在一内径为 12 0 0mm容积为 1.5m3 的搅拌槽中 ,使用CBY螺旋桨、 4 5°斜叶桨和六直叶涡轮桨 ,对牛顿流体采用量热法 ,研究了列管外壁的局部传热膜系数的分布情况。实验结果表明 ,对轴向流桨和径向流桨 ,列管外壁的局部传热膜系数有不同的分布 ;列管外壁各点的局部传热膜系数均与ε0 .197成正比。此外 ,文中还研究了桨叶离底距离、桨径等因素对列管外壁局部传热膜系数的影响。     

一种新型搅拌桨多相混合性能研究

提出了一种新构型的搅拌桨一错位桨,并以空气-水-石英砂三相体系为研究对象,与传统的径流桨(Rushton桨)和轴流桨(斜叶桨)在功率消耗、混合时间、气体循环方面进行了比较.结果表明,错位桨相对于传统Rushton桨,功率消耗降低.适应气速范围广,轴向混合能力明显提升;在同等条件下与斜叶浆相比,气体分散能力强,混合时间少.这种新型桨能克服径向流叶轮在轴向混合方面能力的缺陷,有较好的潜在工业应用价值.     

刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比

高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨（刚性桨）和刚柔组合六直叶涡轮桨（组合桨）的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗（3 kW·m^-3）时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s^-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。     

Scalar mixing measurements in a continuously operated stirred tank

An LIF (Laser induced flourescence) line scan system was used to obtain unobtrusive scalar concentration measurements in a continuously operated stirred tank agitated by a radial flow Rushton turbine and an axial flow 60°‐pitched blade impeller. A better blending process was generally achieved in the axial flow field, with macro‐ and micromixing in the radial flow field being most complete with fluid injected into the radial discharge jet, and in the axial flow field with fluid injected from above into the rotating impeller. Local concentration levels and fluctuations scaled with the feed pipe flow rate, and the degree of concentration uniformity throughout the tank scaled with the impeller speed and increased with the cube of the power input.     

An LDA study of the turbulent flow field in a baffled vessel agitated by an axial,down-pumping hydrofoil impeller

The turbulent flow of water in a cylindrical, baffled vessel with an axial flow hydrofoil impeller, either a Chemineer HE3 (CHE3) or a Prochem Maxflo T (PMT), has been studied using a laser Doppler anemometer. Using ensemble averaging, the mean axial and radial flow and the associated fluctuating components were obtained for the whole of the vessel; plus similar data for the tangential component close to the impeller. Assuming axial symmetry, flow rates were calculated as were flow numbers and circulation flow numbers. Power numbers were also determined. All the data obtained were used to compare the circulation efficiency of the two hydrofoils plus a pitched blade and a Rushton turbine. This comparison showed that the CHE3 required a power input of about 2/3 of that for the PMT and about 1/3 of that for the pitched blade and Rushton turbine to obtain the same axial-radial circulation in the tankz.     

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

Vertical distributions of local void fraction and bubble size in alr–water dispersion system were measured with a dual conductivity probe in a fully baffled dished base stirred vessel with the diameter T of 0.48 m, holding 0.134 m3 liquid. The impel er combination with a six parabolic blade disk turbine below two down-pumping hy-drofoil propel ers, identified as PDT+2CBY, was used in this study. The effects of the impel er diameter D, rang-ing from 0.30T to 0.40T (corresponding to D/T from 0.30 to 0.40), on the local void fraction and bubble size were investigated by both experimental and CFD simulation methods. At low superficial gas velocity VS of 0.0077 m·s?1, there is no obvious difference in the local void fraction distribution for al systems with different D/T. However, at high superficial gas velocity, the system with a D/T of 0.30 leads to higher local void fraction than systems with other D/T. There is no significant variation in the axial distribution of the Sauter mean bubble size for al the systems with different D/T at the same gas superficial velocity. CFD simulation based on the two-fluid model along with the population balance model (PBM) was used to investigate the effect of the impel er diameter on the gas–liquid flows. The local void fraction predicted by the numerical simulation approach was in reasonable agreement with the experimental data.     

多层桨搅拌槽内的微观混合特性

在直径0.476 m的多层桨搅拌槽内,采用平行竞争反应工作体系,就不同的多层桨型组合、进料时间、搅拌转速及进料位置对产物分布的影响规律进行了系统的实验研究,并采用涡旋卷吸模型就加料位置等操作条件对产物分布的影响进行了模拟计算,模拟值与实验值吻合. 结果表明,对于多层桨搅拌体系,在液面处加料时产物分布主要由上层桨的桨型决定,底层桨的排出流区加料时主要由底层桨的桨型及功率决定. 卷吸模型能够较好地描述搅拌槽内的微观混合过程.