温度对气固液三相搅拌反应器内气液分散特性的影响

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1、http://www.paper.edu.cn温度对气-固-液三相搅拌反应器内1气液分散特性的影响张新年，包雨云，高正明北京化工大学化学工程学院，北京（100029）E-mail：gaozm@mail.buct.edu.cn摘要：在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中，采用以半椭圆管盘式涡轮(HEDT)为底桨、上提操作的宽叶翼形桨(WHU)为中、上层桨的三层组合桨，研究24℃~95℃范围内不同温度下气-液-固体系中搅拌功率、气含率及固体颗粒完全离底悬浮特性。结果表明，体系相对功率需求（通气功率与不通气功率之比）RPD随温度的升高而增大，但随固含率的提高，温度对RPD的影响程度减弱。

2、气含率随温度的升高而明显下降，其下降的幅度也随固含率增加而减小。本文结果及通气功率、气含率关联式对于工业热态通气三相搅拌反应器设计和操作具有一定的参考价值。关键词：多相流反应工程(530.2440)；通气功率；气含率；热态通气；气-液-固三相体系；搅拌槽中图分类号：TQ026.7文献标识码：A实验在如图1所示的椭圆底不锈钢外表0.引言面加保温层的搅拌槽中进行。气-液-固三相搅拌反应器在工业生产中有广泛应用，许多工业过程是在较高的温度下进行的，但已有研究主要集中在常温条件进行，未考虑温度对气-液-固三相体系流体[1~4]力学性能的影响。已有的热态气-液两相体系研究结果表明流体力学性

3、能与常温时[5~8][8]有较大的区别。Smith等研究了温度对气-液两相搅拌槽内气含率的影响，得到适用于从常温到高温的气含率关联式，结果表明，气含率随温度的升高而明显降低。在体系中加入固体后温度对三相体系流体力学特性影响的研究还未见文献发表。对于热通气三相搅拌反应器的设计目前仍沿用常温时的研究结果，缺乏可靠性。因此对不同温图1实验装置图度的通气三相搅拌反应器中的混合特性有Fig.1Schemeoftheexperimentalarrangement着十分重要的应用价值。搅拌槽直径T为0.476m，液位高度H[9~11]本文在已有研究基础上，选用在常为0.857m（约为1.8T）

4、。槽内均布四块挡温条件优化的HEDT+2WHU三层组合桨，研板，挡板宽约为T/10。搅拌槽底部安有不锈究气液固三相体系中，在不同温度、不同固钢制环形气体分布器，环形圈径为0.152m，相体积分率时的通气功率特性及气含率特分布环距槽底为约为T/3。由搅拌槽底伸入性，并得出可用于工业设计参考的关联式。四个圆柱形电加热器，每个加热功率为3kW，加热器外径约为0.034m，伸入搅拌槽1.实验部分内高度约为0.25m。搅拌槽内产生的水蒸汽1.1实验装置与物料进入安装在搅拌槽顶部的不锈钢制冷凝器1.本课题得到国家自然科学基金项目(20576009)的资助。-1-http://www.pape

5、r.edu.cn[12]中，冷凝后的液体回流入搅拌槽内，以保持热膨胀以及水蒸汽两部分组成，Smith等槽内液位的稳定。通过简化的理论模型计算得出空气泡被水实验采用的搅拌桨为径向流型的半椭圆蒸汽饱和的时间很短，可认为气泡通入搅拌管盘式涡轮(HEDT)为底桨、轴向流型的宽叶槽内在运动至液面前已达到饱和。本文设计翼形桨(WHU)为中上层桨的三层组合桨，记了简单的实验实测出不同温度时通入空气为HEDT+2WHU，桨型见图2。搅拌桨直径被水蒸气饱和的程度。测量原理为：将体系D均为0.4T，桨间距为0.48T，叶轮距槽底温度维持在某一要求的数值，空气经气体分距离C=D。该组合桨在纯液相时的功

6、率准数布器通入搅拌槽内，同时将搅拌槽上部与冷为4.2。凝器连接处断开，将空气连同饱和在空气中实验采用去离子水为液相，压缩空气为的水蒸汽一起直接排出，经过一段时间，如气相。平均粒径为100µm，密度为250030min，测定体系中由于空气被水蒸汽饱和-3kg·m的玻璃珠为固相，固相体积分率为带走水份而造成的液位下降值，依此可计算3%~21%。出在该时间段被空气夹带出体系的水量，与按照完全饱和所带走的理论水量之比值定义为空气被水蒸汽饱和的实际饱和度，测量结果见表1。结果表明，通入体系的空气在离开搅拌槽时水蒸汽基本达到饱和，饱和度可选定为100%，计算的总气量误差在5%(a)HEDT桨

7、内；总气量可由式(2)来计算。本文均采用总气量作为比较基准。Qp⎡T*+273.15⎤g0Q=g+v⎢⎥(p−p)T+273.150v⎣0⎦(2)其中，Qg+v为总气体体积流量，包括空气受热膨胀后及被蒸汽饱和的总体积流量；(b)WHu桨Fig.2(a)HEDTimpeller(b)WHimpellerQ为压缩空气的体积流量；p0为当地大气g1.2测试方法T0T*为实验体系压；为压缩空气的温度；空气的流量通过转子流量计计量。体系p*温度；v为实验温度T下水的饱和蒸汽压，温度由精密温