无挡板搅拌槽的固液悬浮特性

采用PC-6D浓度测量仪研究了无挡板Rushton桨搅拌槽内石英砂-水两相体系的固液悬浮过程,测量了不同桨叶安装高度和桨径比时的临界悬浮转速,分析了桨叶安装高度、桨径比以及搅拌转速对固相浓度分布和功率消耗的影响。结果表明,无挡板时的临界悬浮转速和功率准数比有挡板时小,且随桨叶安装高度的增大而增大,随桨径比的增大而减小;对于无挡板固液悬浮,C=T/5、D=T/3时的悬浮性能最好,增大桨径比和搅拌转速均不能明显改善固液悬浮效果。     

穿流型搅拌器结构参数优化

在特定搅拌槽条件下,针对穿流式斜叶桨式搅拌器,在常用的最高转速300 r/min以内,就开孔位置、开孔率、开孔直径等结构参数进行了数值模拟.将搅拌器以及附近区域都设为动区域进行模型简化处理,基于四面体网格对模型进行网格划分,采用多重参考系稳态处理法,选用标准k-ε湍流模型求解搅拌流场.引入搅拌系数K,从混合效果和功率消耗两方面综合评价搅拌器的优劣.搅拌功率实验和分布时间实验较好地验证了数值模拟的结论.研究表明,相较于传统搅拌桨,穿流式搅拌桨因能强化涡流扩散、减小桨叶投影面,可获得更好的混合效果和更低的功耗,且随着搅拌转速的增大,功耗降低的越明显;搅拌功率和混合时间随开孔率和开孔直径而变化,当开孔率为12%左右、开孔直径为8 mm左右时,搅拌功率和混合时间最小,最为优化.     

偏心轴搅拌槽内的层流流场特性

针对搅拌槽内处理层流状态下高黏度流体时混合效率偏低的现象,提出一种偏心轴(轴结构为曲轴)搅拌方式。首先以纯度为99%的甘油为介质,传统的二叶平桨为研究对象,对直径0.3 m的搅拌槽内的层流流场进行数值研究。中心搅拌时速度模拟结果与试验结果对比,验证了所建模型及模拟方法的可靠性。研究发现,与中心搅拌相比,偏心搅拌和偏心轴搅拌所产生的流场结构是非对称的;相同转速下,偏心轴搅拌相比中心搅拌时流体的槽内整体的体积加权平均速度增大了约68%,功率准数比中心搅拌增加了约15.3%;偏心轴搅拌对槽内速度的提升,扩大了流体扰动范围,对提高槽内流体混合效率具有一定的优势。     

偏心轴搅拌槽内的层流流场特性

针对搅拌槽内处理层流状态下高黏度流体时混合效率偏低的现象,提出一种偏心轴(轴结构为曲轴)搅拌方式。首先以纯度为99%的甘油为介质,传统的二叶平桨为研究对象,对直径0.3 m的搅拌槽内的层流流场进行数值研究。中心搅拌时速度模拟结果与试验结果对比,验证了所建模型及模拟方法的可靠性。研究发现,与中心搅拌相比,偏心搅拌和偏心轴搅拌所产生的流场结构是非对称的;相同转速下,偏心轴搅拌相比中心搅拌时流体的槽内整体的体积加权平均速度增大了约68%,功率准数比中心搅拌增加了约15.3%;偏心轴搅拌对槽内速度的提升,扩大了流体扰动范围,对提高槽内流体混合效率具有一定的优势。     

气固搅拌流化床内的压力脉动特性

为考察搅拌桨的转动作用对流化特性的影响，研究了不同转速和气速下搅拌流化床的压力脉动行为.采用188 mm的内径和400 mm的静床高，以Geldart B类和D类颗粒为实验物料，进行了压力脉动信号的统计分析和功率谱分析.实验结果表明，搅拌桨的转动对最小流化速度没有影响，但使B类和D类颗粒呈现了A类颗粒特有的散式流态化现象.随搅拌转速的增大，压力脉动的标准偏差减小，最小鼓泡速度增加. 最小鼓泡速度与最小流化速度之比与搅拌转速成正比.当搅拌转速增加到一定程度后，压力脉动的功率谱主频等于搅拌桨转动频率，流化床从鼓泡流态化状态转化为散式流态化状态.     

带导流筒无挡板搅拌槽搅拌功率的实验研究

针对全容积充满操作的搅拌反应器设计,在带导流筒无挡板的有机玻璃搅拌槽内,采用避免气体自吸的充液排气法,通过轴上扭矩法测量无自吸气体干扰的搅拌功率数据,考察了搅拌转速、气体分布器型式及位置、进气量、桨型和湍动程度对搅拌功率的影响。研究结果表明,导流筒的存在导致搅拌功率增加;随着搅拌转速的增加,Rushton桨和PBTD桨的扭矩和搅拌功率均增大,且Rushton桨的搅拌功率大于PBTD桨的搅拌功率;气体分布器型式及位置对搅拌功率的影响很小;通气条件下PBTD桨和Rushton桨的功率均出现降低,PBTD的功率在通气条件下降低更显著;2种搅拌桨的功率准数在湍动程度剧烈的高雷诺数条件下趋于常数。     

搅拌器内部二维流场数值模拟

采用FLUENT软件对搅拌器内部流动情况进行了二维数值模拟,研究了不同桨叶直径、桨叶转速和桨叶数对搅拌器内部流场的影响.结果显示:在同一工况下,桨叶直径为600 mm的搅拌效果比桨叶直径为400 mm和500 mm的搅拌效果好;桨叶转速为6rad/s的搅拌效果比桨叶转速为2rad/s和4rad/s转速效果好;八叶桨式搅拌器的搅拌效果较四叶桨式搅拌器和六叶桨式搅拌器稍好.模拟证实搅拌器桨叶直径、桨叶转速和桨叶数的增加有利于搅拌的混合均匀,但桨叶直径和桨叶数的增加使得搅拌器桨叶加工复杂,生产成本提高;桨叶转速也受制于搅拌器和搅拌轴的结构尺寸,不能无限增大.所以需要综合考虑各种因素的影响,才能选出最合适最经济的桨叶直径、转速和桨叶数.     

三层搅拌桨排列方式对流场影响的数值研究

为了对在役聚苯乙烯反应装置的反应器进行优化设计和结构改进,利用计算流体力学方法(CFD)分析了在役反应器内物料的非稳态流动情况,计算了反应器内物料流动的宏观速度场和分析线的速度分布,研究了三层搅拌桨3种排列角对物料流动特性的影响。结果表明,在役聚苯乙烯反应器(三层搅拌桨排列角为0°)内物料的流动以周向流动为主,下层搅拌桨附近物料的径向混合效果好于上层搅拌桨附近的物料。由于受到上下桨叶的干扰,三层搅拌桨之间形成的循环涡流区受到抑制,涡流区面积较小。综合比较发现:排列角为120°的三层搅拌桨混合效果最好,其次是排列角为90°的三层搅拌桨,而搅拌桨排列角为0°的反应器的混合效果最差。     

推进桨、45度三叶折叶桨及新型轴流式桨的流场分析

对推进桨45°三叶折叶桨及新型扭弯轴流式搅拌桨——JH桨的三维流场进行了激光测速实验,结果分析表明,45°三叶折叶桨其轴向流场分布不均匀,而是“W”形,其周向速度随半径成正比,易于打漩,径向速度随半径增加较快。说明45°三叶折叶桨是以轴向流为主伴有一定径向流场的一种桨型;推进桨轴向速度流场均匀,但随着离桨距离的增加其均匀性下降,且轴线附近存在有低速区。其径向速度虽然在桨径范围内较小,但在桨径外仍有一定值。其周向流场分布较均匀,说明推进桨也非“纯”轴流式桨;JH桨轴向流场均匀,随着离桨距离的增加其衰减速度减慢,其径向速度分布均匀,且较小,而周向速度在桨径以外迅速衰减,并随离桨距离的增加迅速衰减。说明JH桨是一种以轴向流场为主的桨型,它比推进桨轴流特性更好,更不易产生打漩现象,是溶解、悬浮搅拌的理想桨型。     

抛射式双轴混合制粒机混合机理及参数优化

通过固体颗粒在高速混合器内进行的搅拌混合的试验,研究了混合器内各结构参数与混合效果的关系,如筒体直径、主搅拌桨离筒底的间隙、主辅搅拌桨间距、辅搅拌桨离筒底的距离;分析了混合效果与各结构参数及操作参数的关系.通过固定1个物料体系,进行3因素(主搅拌桨转速、辅搅拌桨转速、混合时间)3水平的正交试验.找出最佳混合参数组合,给出最适混合转速及最适混合时间.此型混合机与传统的混合装置相比大大缩短了混合时间,提高了混合效率、降低能耗.同时还具备制粒、干燥的功能.     

气升式反应器中加装内构件对传递性能的影响

测定和分析了高粘度非牛顿流体在具有静态混合器或机械搅拌的内循环气升式反应器的流体力学性能。结果显示静态混合降低了流体循环速度ＵＬ,增加混合时间Ｔｍ与平均气含率。机械搅拌仍能强化其传递性能。针对有、无静态混合器情况,分别将气含率地表观气速、机械搅拌功能、非牛顿流体浓度作了关联和讨论。     

穿流型搅拌器开孔位置的数值模拟

为进一步降低能耗,确定开孔位置对穿流型搅拌器的搅拌效果的影响,在相同的开孔尺寸及开孔率条件下,对八种不同开孔位置的穿流型搅拌器的搅拌流场和功率特性在液一液相条件下对相应搅拌进行了数值模拟．模拟过程中,开孔位置分为近端、中间和远端三种类型,均匀分布在对应的位置;整个搅拌釜分为动静区域,将搅拌轴、搅拌器及其周边区域都设为动区域,剩余区域为静区域进行模型简化处理,基于四面体网格对模型进行网格划分,选用标准k—e湍流模型,采用多重参考系模型求解稳态下的搅拌流场．根据模拟结果及相关数据得出,穿流型搅拌器与普通搅拌器比较,可在更低的功耗下获得更大的速度梯度和更明显的涡流效应,有效强化搅拌;开孔位置在远端的穿流型搅拌器在相同转速下扭矩最小,功耗最低;开孔位置离搅拌轴越远,功耗下降越明显,且在一定转速范围内,搅拌转速越高,效果越明显．     

翼型桨在聚苯乙烯工艺中的应用开发

翼型桨是新一代高效桨叶。该项研究将这类桨叶应用于聚苯乙烯工艺之中, 通过冷漠试验、热态试验以及工业试验最终确定此类桨型在聚苯乙烯反应釜中的较优结构条件和操作条件, 从而实现了对国产聚苯乙烯工业装置的改造, 达到使聚苯乙烯粒径分布集中的目的。     

搅拌容器内氧气非均相传质过程的数值模拟

着重考察了搅拌器类型以及搅拌转速对氧气动态传质过程的影响,通过采用计算流体力学 (computational fluid dynamics,CFD) 对氧气动态传质过程进行了数值模拟,同时结合实验,对模拟结果进行了验证.结果表明,（1）采用Fluent软件并结合用户自定义方程（user defined function,UDF）能够很好地模拟出实际搅拌器内流场分布,模拟结果与采用粒子成像技术（particle image velocity,PIV）的实验测量结果相符;（2）采用氧气传质模型能预测氧气在搅拌器内的动态传质过程,同时氧气浓度与溶解时间的对数关系式能较好描述试验搅拌器内氧气动态传质过程;（3）在相同搅拌速度下,圆盘涡轮式搅拌器产生的湍流动能分布范围要大于桨式搅拌器产生的湍流动能,而且湍流动能分布更均匀,湍流强度更大.因此采用圆盘涡轮式搅拌器有利于增强氧气传质过程的进行;（4）在搅拌器类型相同时,随着转速的增加,容器内溶解氧浓度随之增加;圆盘涡轮式搅拌器比桨式搅拌容器内溶解氧的浓度要高,圆盘涡轮式搅拌器更有助于氧气的传质.     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

轴流式搅拌桨的研制展望

因轴流式搅拌桨具有传质效率高、搅拌功率低、混合效果好等优点,所以广泛应用于化工生产过程中。本文概述了国内外新型轴流式搅拌器的研究现状,对新型搅拌桨的开发背景、展望进行了阐述,期望对新型轴流式搅拌桨提供一些借鉴和参考作用。