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。     

粘稠物系流变特性对螺带桨混合性能影响的研究

选用流变性质不同的三种物系:糖浆、CMC溶液、鲍格流体,在直径为0.286m的釜内,以不同结构的螺带桨进行搅拌,测定了功率、混合时间、速度分布和流型。分析了流变性质如粘度的剪切依赖性、弹性等对这些性能的影响,并在流型观测的基础上对功率、混合时间的变化规律作了解释。     

槽内溶液的空气搅拌

本文研究了槽内溶液的空气搅拌、搅拌装置的设计方法。根据由实验得出的搅拌强度分布型式,分析了搅拌强度与风量、吹出孔孔径等因素的关系,认为设计时应按照电镀零件在槽内的排列,设置空气吹出孔;孔数一般为12～22只/米,孔径3～6mm;再按每只孔8～14L/min的风量计算总风量,并按空气吹管在溶液内的深度计算所需的空气动力。此种计算法与按溶液体积及按溶液的液面积计算风量的方法相比,更符合实际需要;计算所得的风量能保证搅拌效果,而且不会造成动力浪费和其他不良影响。     

用CFD研究搅拌槽内的混合过程

在CFX软件的基础上开发了用于混合过程计算的程序,并在流动场计算的基础上对单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了初步的数值研究.对速度场和浓度场联立求解与单独求解两种处理方法分别进行了计算,计算得到的浓度响应曲线与文献数据趋势一致,两种方法计算的混合时间变化规律一致,联立求解计算得到的混合时间略小于单独求解,但是联立求解的计算量非常大.计算结果表明：混合过程与计算采用的流动场密切相关;混合时间大小不仅与监测点位置有关,还与加料位置有关,在搅拌桨附近加料混合时间最小,在槽底部加料混合时间最大.     

多层翼形桨搅拌槽内混合过程的CFD模拟

The mixing process in a stirred tank of 0.476m diameter with single, dual and triple 3-narrow blade hydrofoil CBY impellers was numerically simulated by using computational fluid dynamics （CFD） package FLU-ENT6.1. The multi-reference frame （MRF） and standard k-ε turbulent model were used in the simulation. The shaft power and the mixing time predicted by CFD were in good agreement with the experiment. The effects of tracer feeding and detecting positions on mixing time were investigated. The results are of importance to the optimum design of industrial stirred tank/reactors.     

搅拌槽内的气泡尺寸分布

在槽径分别为Φ０．２８７ｍ、Φ０．４９５ｍ、Φ１．１００ｍ三个几何相似的搅拌槽内，采用双电导探针法测定了搅拌槽内上、下循环区及叶轮区的气泡尺寸分布，研究了单位液体体积搅拌功率、表现气速及搅拌槽放大过程对气泡尺寸的影响规律以及气泡尺寸的空间分布规律，并得到了相应的经验关联式，为气－液搅拌槽的设计放大提供参考。     

涡轮桨搅拌槽内粘稠物系的微观混合特性

利用改进的硫酸铜沉降反应和氯乙酸乙酯水解反应的快速平行竞争反应体系,在直径0.476 m的反应釜内,研究了不同质量分数(0%, 0.1%和0.5%)的羟乙基纤维素体系中,在排除硫酸铜副反应干扰的情况下,利用吸光度与铜离子浓度的线性关系,考察了加料时间、加料位置、搅拌转速以及粘度等因素对产物分布的影响. 结果表明,副产物收率随搅拌转速的增加而降低,随粘度的增加而增大,但随着粘度的提高,其上升的趋势减缓. 研究结果对粘稠物系搅拌反应器的优化设计具有指导意义.     

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。     

Unconventional Configuration Studies to Improve Mixing Times in Stirred Tanks

Dynamic perturbations and off‐centered single and dual mixing impeller configurations have been investigated to reduce mixing time with viscous fluids. Mixing times, measured with a color‐discoloration technique based on a fast acid‐base reaction, reveal the presence of both segregated and dead zones. A statistical design approach has been used to evaluate the effect of the impeller position as well as the dynamic conditions. Homogenization is significantly enhanced when a radial flow impeller is used under both off‐centered and dynamic perturbation conditions. In the case of an axial flow impeller, a combination of long clockwise times and short counter‐clockwise times give better mixing times. An enhanced homogenization is also observed when a dual impeller configuration is used.     

An Image Analysis Method for the Measurement of Mixing Times in Stirred Vessels

An image analysis method has been developed for measuring mixing times in stirred vessels. The method consists of capturing images of the flow patterns observed in the agitated vessel by use of a fast acid‐base indicator reaction technique. These images are analyzed to quantify the color evolution by means of a hue, light, and saturation color model (HLS), which corresponds to mixing evolution. In comparison with other non‐intrusive techniques based on the red, green, and blue channels (RGB), the proposed methodology allows accurate analysis of the mixing evolution irrespective of the tracer color used, while reducing the subjectivity of the estimation of mixing times by the human eye.     

搅拌槽内三相流场混合时间的测定及模拟研究

混合时时间是评定搅拌设设备混合效率的重重要指标,为了了检测带有挡板和和导流筒的搅拌槽槽内液-固-固三相相流场的混合时时间,以甘油溶液液为液相,砂子和和赤泥为固相建立立了流场体系,采采用电导法测量体体系的混合时间。并对流场进行行了计算流体动力力学(CFD)模拟研研究,CFD模型采用基于欧拉多多相流模型和RNNGκ-ε湍流模型。流场混合时间间模拟结果与实验验结果的偏差较小小,说明该CFDD数学模型能很很好地预测流场的的混合时间。体系系的混合时间随随搅拌转速的增大大而减小,当流场场的轴向混合占主主导地位时,增设设导流筒可减小小流场的混合时间间。导流筒对于粒粒径和密度较小的的固体影响较大。。     

橡胶沥青搅拌罐内混合过程的数值模拟

针对橡胶粉与基质沥青混合过程中出现的漂浮、沉底、粘壁及挂料现象,建立了橡胶沥青搅拌罐的几何模型,基于计算流体力学软件对罐内混合过程进行非定常固液两相流数值模拟,分析了影响混合均匀性的因素,如桨叶直径、桨叶位置、挡板及搅拌速度等. 结果表明,尺寸适宜的桨叶直径与合适的桨叶位置有利于形成循环的轴向流,并减少定常流现象,安装挡板有效减少了切向流,搅拌器转速不影响内部流场的基本形态,但适宜的搅拌转速提高了混合均匀性. 混合均匀度与模拟结果印证,且当搅拌器直径800 mm、桨叶距离罐底680 mm、桨叶宽100 mm、搅拌速度280 r/min时,优化后橡胶粉的分布较均匀,混合均匀度为0.24,处于完全离底悬浮状态,模拟结果与实验结果较吻合.