卧式搅拌釜气液传质特性及其应用

前言国外从60年代初已开始用卧式搅气釜(Horizontal Sirrted Vessel)(见图1)作为拌体吸收传质装置。由于它在很低的搅拌转速下具有良好的气液传质特性,引起了化工界极大兴趣。起初卧式搅拌釜主要用于气体吸收以代替填充塔,后来才用于聚合反应。它是气液系聚合工艺的理想设备。有机氟单体聚合多数有一个气液传质过程。据报导国外氟聚合物生产已逐步转向采用卧式搅拌釜。     

立式聚合釜气液传质特性的研究

本文旨在开发新一代聚四氟乙烯立式反应釜。分别在纯水-氧、乳化剂水溶液-氧两个体系中,用纯氧物理吸收法测定了H/D=1.27的釜的传质容量系数K_La,分析了两体系K_La差别的原因,并对实验结果进行了关联。研究表明,水体系的K_La,是乳液体系的2.5倍,桨型、安装位置等参数对传质有明显影响。在H/D≤1.27的釜中以单层三叶船舶推进器为最佳桨型。     

卧式搅拌釜放大设计

以反应器非几何相似、流体混和参数相近的放大准则设计了500L 卧式釜搅拌桨。该釜用于四氟乙烯分散聚合生产结果表明,与立式釜相比,具有反应时间短、分散液固相浓度高,树脂质量好等一系列优点。     

气液传质理论研究进展

文内对气液传质的理论研究进行了评述，并预测了未来的发展方向     

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。     

气液液三相体系中的气液传质特征

选取CO2-K2CO3/KHCO3为吸收体系,次氯酸钠为催化剂,甲苯、异戊醇为第2液相,应用Danckwerts图来同时确定液侧传质系数KL和界面面积a,通过实验研究了分散第2液相的加入对气液传质的影响。实验结果表明,随着分散相体积分数φ(1%—10%)的增大,或分散相形成的液滴直径的减小,以及传质组分在分散相和连续相中溶解度的比值m(即传质组分在实验体系的分配系数)增加,或在二相间的相对扩散系数增加时,可显著增强气液传质,为气液液三相体系的系统化研究提供了实验依据。     

高压搅拌釜中H,CO在不同液体介质中的溶解度和体积传质…

使用高压搅拌釜，应用气体间歇吸收技术，在温度３７３－５７３Ｋ，压力１．０－４．０ＭＰＡ，转速８００ｒ／ｍｉｎ的实验条件下，测定了Ｈ２，ＣＯ在液体石蜡，正二十八烷烃和ＦＴ３００蜡中的溶妥度和体积传质系数。     

搅拌釜内气液动态相对稳定状态及雷诺数计算

设计了一种全新的测量搅拌釜内动态体系温度、压力的设备及方案,以CO2-H2O体系为特征体系,对搅拌状态下气液二相动态相对稳定状态进行了研究。搅拌釜内流体发生湍动,达到相平衡的气液二相的传质极限发生偏移。在不同温度(288.15—307.15 K)和转速(190—520 r/min)下进行实验,温度一定时,动态平衡偏移率随湍动程度的增大而增大。温度为307.15 K、转速为520 r/min时,动态平衡偏移率高达27%。利用动态平衡偏移率反算搅拌釜内的雷诺数ReD,将其与传统计算得出的雷诺数ReT进行比较拟合得到关联式。     

微通道反应器的一维放大及气液传质特性

微通道反应器能有效增强气液间传质,但处理能力受限。为了提高微通道的处理量,对微通道反应器的一维放大及气-液传质特性进行了研究。以乙醇胺（MEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）混合水溶液吸收CO₂为研究物系,在通道深度恒定时,考察了微通道宽度、气液流速对传质特性的影响。结果表明,传质系数和体积传质系数均随通道宽度先增大后缓慢减小,在通道宽度为1000 μm时达到最大值。比表面积随通道宽度的增大而降低。因此,合理增大微通道宽度,可在提高处理能力的同时,仍然保持良好的传质特性。     

第二液相的加入对气液传质系数的影响

以搅拌罐中的水吸收CO2为研究体系,分别采用异戊醇、苯和正己烷为第2液相,通过实验考察了第2液相的加入对气液传质的影响.实验结果表明:第2液相的加入对气液体积传质系数KLa有很大的影响,且不同的第2液相的影响程度也不同.在一定的操作条件下,KLa均随搅拌速度和第2液相体积分数的增加呈先增大后减小的趋势,随表观气速(在一...     

第二液相对气液二相体系传质的影响

以CO2气体-K2CO3/KHCO3水溶液吸收过程为研究体系,用酸解法测量气体被吸收的速率,通过对比试验考察了加入第2液相(有机相)对体系传质速率的影响。经过试验研究证明,第2液相的加入对气液传质过程的影响程度与加入的物质有关,在试验条件下甲苯对体系强化作用高于异辛醇和庚烷对体系的强化作用。当第2液相加入量较小时,随加入量的增加,其对气液传质过程的促进作用增强,但当第2液相加入量较大时,这种作用则不明显。同时第2液相对传质作用的影响与流动场有关,增加流动场的搅动有助于强化气液传质作用。     

界面湍动对气液传质的影响

气液传质过程中经常伴有界面湍动。界面湍动由传质的不均匀性引起,反过来又极大地促进传质。介绍了界面湍动的产生机理和形成条件,对4种不同Ra和Ma准数的情况分别进行了分析。讨论了界面湍动强度对气液传质系数的影响关系。传质系数与Man成正比,其中n随着Marangoni对流胞类型的不同而在1/3和1之间变化。在气液系统中,液相与气相阻力比越大,由界面湍动引起的传质的增强效应越显著。     

Solid–liquid mass transfer characteristics of an unbaffled agitated vessel with an unsteadily forward–reverse rotating impeller

To develop an enhanced form of solid‐liquid apparatus, an unbaffled agitated vessel has been constructed, fitted with an agitation system using an impeller whose rotation alternates unsteadily in direction, i.e. a forward‐reverse rotating impeller. In this vessel, solid‐liquid mass transfer was studied using a disc turbine impeller with six flat blades. The effect of impeller rotation rate as an operating variable on the mass transfer coefficient was evaluated experimentally using various geometrical conditions of the apparatus, such as impeller diameter and height, in relation to the impeller power consumption. Mixing of gas above the free surface into the bulk liquid, i.e. surface aeration, which accompanied the solid‐liquid agitation, was also investigated. Comparison of the mass transfer characteristics between this type of vessel and a baffled vessel with a unidirectional rotating impeller underscored the sufficient solid‐liquid contact for prevention of gas mixing in the forward‐reverse rotation mode of the impeller. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry     

纳米流体强化气液传质研究进展

简要阐述了气相沉积法、共混法和分散法3种纳米流体的制备方法以及物理法、化学法两种纳米流体的分散技术。重点综述了纳米流体强化气液传质过程以及强化机理方面的最新研究成果。分析给出了纳米流体强化气液传质的几点原因：掠过效应、抑制气泡聚并机理、边界层混合机理、渗透机理以及多个影响因素相互关联作用。并预测出可能成为研究热点并有助于统一的强化理论表述提出的4个研究方向：影响纳米颗粒强化气液传质的各种因素相互耦合作用;纳米流体对氨、CO2、CO、O2和水蒸气以外的其它气体的物理化学吸收,进一步提出纳米颗粒强化气液传质普适性模型;搜集纳米颗粒影响气液界面附近的浓度分布;速度分布的微观信息以及纳米颗粒与气液界面相互作用的研究。     

双层组合桨搅拌槽内气液微观分散特性

采用双电导电极探针法对双层组合桨搅拌槽内气液相界面积特性进行了实验研究,考察了通气量、搅拌转速和桨组合对槽内相界面积的影响。结果表明:对于上层桨为上翻斜叶桨和下层桨为凹叶桨的组合,随着通气量的增加,搅拌槽内大部分区域的相界面积增大,但在槽底区域减小。随着搅拌转速的增加,在叶轮区域的相界面积增加明显,而在槽底和液面区域基本不变化。上下层桨的分散能力和气体分布器结构和操作条件密切相关。对于近壁管式气体分布器搅拌槽,在较低通气量下,上层桨对气液分散起着主要作用,而在高通气量下,下层桨的作用增强,起主要作用。带圆盘的搅拌桨对气体具有良好的阻缓作用,不同气速下均具有优异的气液分散能力。     

阵列凸起微通道内气液两相传质特性研究

研究了阵列凸起微通道内N-甲基二乙醇胺（MDEA）吸收CO₂过程的气液两相传质特性。在弹状流型下,考察了气液两相流量、MDEA浓度对体积传质系数、CO₂吸收效率、压力降以及能量损耗的影响。弹状气泡受到阵列凸起的挤压作用发生形变,促进了气液两相间的传质。与平滑通道相比,阵列凸起微通道在实验条件下具有更好CO₂吸收效率。在相同的能量损耗时,阵列凸起微通道具有更大的体积传质系数。     

不同搅拌系统气液氧传递的计算流体力学模拟

研究了搅拌槽中搅拌桨组合形式对气液氧传递特性的影响,主要采用Garcia-Ochoa和Gomez基于Higbie渗透理论提出的气液氧传递理论模型,在ANSYS CFX11.0软件基础上开发了用于模拟搅拌生物反应器中氧传递过程的方法。通过模拟比较了不同搅拌桨组合的气液氧传递系数,以及在有氧消耗和无氧消耗情况下反应器内饱和氧浓度的分布,发现上层为轴流式的三宽叶搅拌桨底层为径流式的六弯叶圆盘透平桨的组合形式氧供应能力最强,体积氧传递系数与桨的形式没有直接关系,同样的搅拌桨安装在不同的桨组合中或在不同的操作条件下所形成的体积氧传递系数是有差别的。