气液固三相搅拌槽内的气液分散和固液悬浮研究

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搅拌是工业生产一项常见的操作,由于其适用性强的特点,小到实验室操作,大到化工、冶金、制药、生物工程等大型工业都离不开搅拌单元操作。近年来随着搅拌装置的日益大型化,对多层桨搅拌槽的研究成为一个热点。已有研究表明,以径向流桨为底桨,轴流式桨为中、上层桨更利于气液的分散。本文采用前人在气液两相搅拌槽中优化得到的桨径与槽径比D/T为0.33的组合桨型PDT+2CBY(其中底桨为PDT桨,即径向流型的抛物线盘式涡轮桨,上两层桨为轴向流式的长薄叶螺旋桨CBY桨),在气液固三相体系中进行气液分散及固液悬浮性能的深入研究。本研究涉及两种不同的气液固三相体系,首先在空气-水-玻璃微珠(ρ=2500 k·m-3)体系中,研究采用PDT+2CBY组合桨的临界悬浮特性、通气搅拌功率和整体气含率。研究结果表明:1、临界悬浮特性:随着表观气速VS和固含率Cv的增加,临界悬浮转速NJSG和临界悬浮单位质量功率PmJSG皆随之增大。2、通气搅拌功率:随着通气速率和搅拌转速的增大,相对功率需求RPD皆不断减小并最终趋于稳定;在一定的搅拌转速下,RPD随固含率Cv的变化幅度不大,基本在10%以内。3、整体气含率:随着表观气速VS和单位质量功率PTm的增大,气含率随之增大;VS和PTm相同时,搅拌槽中的整体气含率随Cv增加而减小。在空气-水-树脂颗粒(ρ:1300kg·m-3)体系中进行类似研究,结果表明:1、临界悬浮特性:在不同表观气速下,气-液-树脂颗粒体系所需的NJSG及PmJSG均小于气-液-玻璃微珠体系下,且当表观气速较小时(Vs=0.0074 m·s-1),两种体系下NJSG及PmJSG相差较大,随着表观气速的增大(Vs=0.0152,0.0237 m·s-1),差异不断缩小;树脂颗粒作为固相时,固含率对ΔNJSG/NJS的影响小于玻璃微珠作为固相时,可忽略不计。2、通气搅拌功率:颗粒特性(颗粒密度、颗粒粒径分布等)对相对功率消耗的影响很小或没有影响;树脂颗粒作为固相时,固含率和Flg对RPD的影响均更大;不同固体颗粒作为固相时,Fr对RPD的影响差别不大。3、整体气含率:在给定的VS和PTm条件下,气-液-树脂颗粒体系的气含率均略大于气-液-玻璃微珠体系的。利用实验数据拟合得出两种颗粒三相体系中通气功率,临界悬浮特性及气含率计算的关联式,可为相似条件和桨型的三相搅拌反应器工业设计提供参考。
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