新型表面吸气式搅拌器气液传质特性研究

摘要

本文以一种新型表面吸气式长短桨搅拌器LSB为研究对象，采用亚硫酸钠稳态法测量了搅拌釜内液相体积传质系数kLa，考察了实验操作参数（搅拌器浸没深度S、液位高度H和釜底间隙C）和搅拌器结构参数(长桨位置和长桨宽度WLB)对表面吸气临界转速NC、釜内气泡分散状态、单位体积功率消耗P/V(或功率准数NP)和体积传质系数kLa的影响。
　　研究表明，当长桨在外环且部分浸没时，搅拌器具有良好的吸气性能，表面吸气临界转速NC维持在很低的1.5～2.0rps之间，且NC随着液位高度H/T和釜底间隙C/T的变化基本保持不变;功率准数NP随着搅拌转速N的增大而减小，单位体积功率消耗P/V对转速N的幂指数β都小于3（P/V=αNβ），且随着H/T降低，β偏离3的程度越大;体积传质系数kLa在某一临界转速后，随着搅拌转速N的增大呈直线上升趋势，而且相较于安装位置固定的传统涡轮搅拌桨，随着液位高度H/T的增大，kLa值只出现小幅下降，特别适合于反应釜中反应液体积不断增大的气液两相反应过程。
　　当长桨在内环或者长桨全部浸没时，搅拌器的吸气效率明显降低，相同转速下，釜内气含率明显低于长桨在外环且部分浸没时。长桨全部浸没时，随着浸没深度S的增大，表面吸气临界转速NC快速增大;长桨在内环上时，表面吸气临界转速N比外环时大50％左右，在部分浸没时甚至出现了气泛现象。
　　本文中还比较了LSB搅拌器长桨浸没前后和内外环上的气液体积传质系数kLa。发现长桨在外环和部分浸没时，体积传质系数kLa明显更高，同时发现在釜底间隙C/T=0.25时，具有最大的kLa值;并且给出了长桨在外环、部分浸没、釜底间隙C/T=0.25时体积传质系数的拟合方程。具体方程为:kLa=0.0346(P/V)1.596(H/T)-0.512(C/T=0.25, WLB/T=0.05, P/V=0.5～6kW/m3)
　　本文最后比较了不同长桨宽度（WLB/T=0.05，0.06，0.07）下的传质规律，发现WLB/T=0.06时，体积传质系数kLa对单位体积功率消耗P/V的幂指数β最大，且三组桨型幂指数β都远大于传统的涡轮式搅拌桨（β小于1）。

目录

声明

摘要

主要符号说明

前言

第一章 文献综述

1．1 搅拌釜式反应器气液分散特性研究

1．1．1 气液两相搅拌釜式反应器的类型

1．1．2 表面吸气式搅拌桨叶轮类型

1．1．3 气液两相搅拌釜内气体分散状态

1．2 搅拌釜式反应器内功率特性研究

1．3 搅拌釜式反应器内气液传质特性研究

1．3．1 体积传质系数的测量方法

1．3．2 搅拌釜气液相体积传质系数研究进展

1．4 本章小结

1．5 本文主要研究的内容

第二章 实验装置和方法

2．1 实验装置及流程

2．1．1 实验装置

2．1．2 实验流程

2．2 实验原理及方法

2．2．1 搅拌转速

2．2．2 表面吸气临界转速

2．2．3 搅拌功率

2．2．4 体积传质系数

2．3 实验主要设备

第三章 LSB搅拌器表面自吸气特性

3．1 表面吸气临界转速

3．1．1 操作条件对表面吸气临界转速的影响

3．1．2 搅拌器结构对表面吸气临界转速的影响

3．2 搅拌釜内气泡分散状态变化

3．2．1 LSB搅拌器安装位置对搅拌釜气液分散的影响

3．2．2 LSB搅拌器结构对搅拌釜气液分散的影响

3．3 本章小结

第四章 LSB搅拌器功率消耗特性

4．1 操作条件对搅拌功率的影响

4．1．1 转速对搅拌功率的影响

4．1．2 液位高度对搅拌功率的影响

4．1．3 釜底间隙对搅拌功率的影响

4．2 LSB结构参数对搅拌功率的影响

4．2．1 长桨宽度对搅拌功率的影响

4．2．2 长桨位置对搅拌功率的影响

4．2．3 短桨长度对搅拌功率的影响

4．3 本章小结

第五章 LSB搅拌器气液传质特性

5．1 实验条件对测量结果的影响

5．1．1 气相吸收介质

5．1．2 催化剂浓度

5．1．3 氧电极安装位置

5．2 操作条件对体积传质系数的影响

5．2．1 搅拌转速

5．2．2 液位高度

5．2．3 釜底间隙

5．3 LSB结构参数对体积传质系数的影响

5．3．1 长桨位置

5．3．2 长桨宽度

5．4 体积传质系数与P／V关联式

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

硕士期间的科研成果

致谢