攪拌反應(yīng)器中氣液分散特性研究

王佳男 馮大龍(浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司，浙江 杭州 30012)

1 對(duì)攪拌反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置。選用的攪拌反應(yīng)器的橢圓底不銹鋼攪拌槽表面加有特定的保溫層，攪拌槽的直徑為0.48m，槽內(nèi)均勻布置四塊擋板，我們?cè)谶@種攪拌槽中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用的攪拌槳是通過實(shí)驗(yàn)專門配套的實(shí)驗(yàn)裝置，非常適合本次實(shí)驗(yàn)的使用。

試驗(yàn)方法。本次實(shí)驗(yàn)中利用利用空氣流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量空氣流量，加工實(shí)驗(yàn)所用的氣量控制在常溫氣量范圍之內(nèi)。攪拌反應(yīng)器的攪拌轉(zhuǎn)速為5r/s左右，采用精密的溫度計(jì)對(duì)其中的溫度進(jìn)行測(cè)量，并且利用德國科隆公司生產(chǎn)的雷達(dá)液位計(jì)來測(cè)定通氣前后攪拌槽內(nèi)的液位，并用下面的公式進(jìn)行計(jì)算氣含率：

實(shí)驗(yàn)物料。實(shí)驗(yàn)所用的氣相是壓縮空氣，液相是用去離子水以及去離子水配制的各種實(shí)驗(yàn)所需濃度的硫酸鈉溶液。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及探討

2.1 對(duì)實(shí)驗(yàn)攪拌功率的分析

硫酸鈉濃度對(duì)攪拌功率影響的分析。（1）將氣體通入攪拌槽內(nèi)后，根據(jù)相關(guān)測(cè)量?jī)x器顯示，氣液兩相體系中的攪拌功率低于純液相的攪拌功率。在攪拌轉(zhuǎn)速相同時(shí)，通氣后的功率消耗明顯降低，低于未通氣時(shí)的功率消耗，我們將通氣消耗功率/未通氣消耗功率來表示通氣流量對(duì)通氣功率的影響。小于1的時(shí)候，兩者的比值越小，就表示通氣后攪拌功率下降的更加厲害，攪拌槳的工作效率就相應(yīng)的降低，就不利于氣液分散混合。（2）在攪拌反應(yīng)器攪拌轉(zhuǎn)速不相同，其他條件不變的情況下，硫酸鈉溶液濃度對(duì)功率的影響。通氣消耗功率/未通氣消耗功率的比值隨著硫酸鈉濃度的升高將會(huì)越來越低，當(dāng)硫酸鈉溶液的濃度大于0.2時(shí)，兩者的功率比值將不再變化；當(dāng)濃度達(dá)到0.5時(shí)，兩者的比值約為去離子水體系中的百分之九十二。

在沒有通氣的條件下，硫酸鈉溶液中的攪拌功率大于去離子水中，造成這個(gè)現(xiàn)象的原因是以為硫酸鈉溶液的密度不斷升高導(dǎo)致的。通氣之后，攪拌功率會(huì)隨著氣速的增大而逐漸變小，最后就會(huì)小于去水離子體系，造成這種結(jié)果的原因是因?yàn)闅庖悍稚⑿Ч热ニx子好，隨著氣速的不斷增大，硫酸鈉氣體含量就會(huì)變大，密度就會(huì)小于去水離子體系。

溫度和攪拌功率。根據(jù)繪制的表格分析，在溫度不相同時(shí)，通氣消耗功率/未通氣消耗功率的壁紙將會(huì)隨著變化。在通氣量相同的情況下，溫度越高，兩者的功率消耗比值就越大。原因是溫度升高，水得粘度變小，造成體系中氣泡較大的氣泡由液相中溢出，攪拌槳中的氣含率降低，體系因氣泡較少而平均密度較高，這就導(dǎo)致比值變大。

2.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)氣含率的分析

硫酸鈉濃度對(duì)氣含率影響的分析。氣含率是攪拌槽液體內(nèi)所含有的氣體體積，攪拌反應(yīng)器的體積、結(jié)構(gòu)、物料提留時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間以及攪拌槳位置等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該了解氣含率的大小，用最適合的氣含率進(jìn)行工作。在分析氣含率與攪拌功率時(shí)，我們必須要知道機(jī)械能PT、通氣后的攪拌功率Pg、排開液體時(shí)能Pc之和，即PT=Pg+Pe，Pe由下式計(jì)算：

不同的攪拌功率下的硫酸鈉濃度越高，氣含率就會(huì)升高；上升的趨勢(shì)會(huì)隨著濃度的升高而減緩。當(dāng)硫酸鈉濃度達(dá)到0.5的時(shí)候，氣含率比去水離子體系增大了百分之四十八。

溫度對(duì)氣含率的影響分析。通過實(shí)驗(yàn)分析，在硫酸鈉濃度及通氣速率不變的條件下，氣含率會(huì)隨著溫度的升高而變低。這是因?yàn)闇囟壬咧螅后w粘度就會(huì)降低，氣泡就會(huì)更容易形成，而且會(huì)很大；在相同的攪拌速率下，溫度在升高的時(shí)候，會(huì)在低壓區(qū)產(chǎn)生大量的水蒸氣。所以在相同通氣的情況下，溫度高的通氣量就比常溫通氣量大，氣泡在上升時(shí)速度就會(huì)增大，停留的時(shí)間就比較小，導(dǎo)致氣含率變低。

2.3 結(jié)語

在以硫酸鈉作為電解質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，通氣消耗功率/未通氣消耗功率的比值明顯的比去水離子體系小，而且比值將會(huì)隨著硫酸鈉濃度升高而變低，當(dāng)硫酸鈉濃度大于0.2的時(shí)候，通氣消耗功率/未通氣消耗功率的比值將會(huì)隨著濃度的變化而減小；硫酸鈉濃度達(dá)到0.5的時(shí)候，兩者的比值約為去水離子體系的百分之九十二。體系中的氣含率隨著氣速以及轉(zhuǎn)速的增大而增大，還會(huì)隨著硫酸鈉溶液濃度升高而變大，但是上升的趨勢(shì)將會(huì)隨著濃度的升高而減緩，濃度達(dá)到0.5的時(shí)候，氣含率比水離子體系大百分之四十八。

3 結(jié)語

攪拌反應(yīng)器的應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中非常的廣泛，具有非常高的使用價(jià)值，應(yīng)該將它的功能給徹底挖掘出來。為了將攪拌反應(yīng)器的作用給挖掘出來，我們對(duì)它的氣液分散特性進(jìn)行了研究，從而從根本上研究它的工作效率，發(fā)揮其最大價(jià)值。

[1].龍建剛.攪拌槽內(nèi)的企業(yè)分散特性研究[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào).2005，1-5.

[2].高正明.攪拌槽內(nèi)非常溫體系的氣含率分布[J].化工學(xué)報(bào).2000.