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液—液—液三相体系是一类新的复杂多相化学反应体系,在化工、石油、生物、新材料制备中有着广泛的应用前景。为了对液—液—液三相体系设备与过程进行科学设计与放大,有必要对该体系的流动与传递特性进行深入研究,从而提供正确的理论指导。目前有关液—液—液三相体系流动与传递的研究,几乎没有相关文献报道。本文尝试对液—液—液三相体系的分散特性与分相过程进行研究。
本文选择(NH4)2SO4水溶液—丙酮—环己烷组成的液—液—液三相平衡体系作为模型体系,采用编程控制的CCD照相系统考察了不同操作条件如转速、桨型、桨浸没深度、各相体积比以及桨材料等对于体系分散与分相过程的影响。
研究结果表明,体系的分散过程主要由剪切作用所决定,强化湍流、促进剪切的手段均可以使分散效果增强。不同桨型对三液相体系的分散有较大的影响,总体而言,径流桨分散效果优于轴流桨,下推式轴流桨优于上推式;相体积比会影响初始的液-液两相分散结构,从而对第三液相的分散效果有较大的差别;桨材料的不同对分散过程的影响不明显。
液—液—液三相体系存在两类典型的连续相-分散相结构,以及相对应的分相过程。当中间有机相作为连续相时,会出现A类分散过程,而当下层水相作为连续相时,会出现B类分散过程。同等条件下,当搅拌桨恰好位于某一相内、或者该相具有与搅拌桨相类似的亲水亲油性时,就更容易成为连续相。研究表明不同搅拌转速对于A类分相过程有很大的影响。随搅拌转速增大,分相时间变长,当搅拌进一步增强时,分相时间则趋于稳定,这是由于加强搅拌并不能无限制的使液滴破碎,而只能使液滴直径稳定在某一最小尺度上。
利用改进的静止界面液滴群凝并公式,对A类分相过程中凝并界面高度与堆积界面高度进行预测,结果表明模拟曲线与实验数据较为一致。模拟结果显示实际堆积界面的分离过程总是要比预测值滞后一些,这是由于两个分散相产生碰撞等相互作用而引起的。