管线型高剪切混合器液-液过程的性能研究与优化

摘要

高剪切混合器是一种新型过程强化设备，由于超高的剪切速率与湍动能耗散率，高剪切混合器（HSMs）能够促使相界面快速更新、强化液滴破碎效率、增大相间接触面积，在液液传质与乳化领域有巨大的应用前景。本文针对管线型高剪切混合器（inline-HSM）的液液传质与乳化性能进行了系统研究，对于其在液-液体系的应用和优化具有指导意义。
　　首先，通过煤油-苯甲酸-水萃取体系，测定了叶片-网孔与定转子-齿合型管线高剪切混合器的液-液传质性能。考察了不同的转速、两相流量与表面活性剂浓度对于传质效率与总体积传质系数的影响。并且将实验结果与操作变量进行了关联。实验发现，传质效率与总体积传质系数随转速和水相流量增加而明显增大；传质效率随有机相流量增加而减小，而总体积传质系数随有机相流量增加而增大。传质效率与总体积传质系数都随表面活性剂浓度增大呈现先增加后减小的趋势。
　　其次，探究了定子几何结构对叶片-网孔型高剪切混合器乳化和传质性能的影响。通过实验测定了在开孔率相同（基于定子外圈计算为24.4％）的情况下，不同开孔形状（圆形、菱形、“S”型、齿形、十字形）和开孔数目（30、60、120、480）的定子的液滴分布与传质系数。实验结果表明，定子开孔形状对液-液体系的平均粒径和总体积传质系数的影响较小，而开孔数目对分散与传质效果有明显影响，乳化与传质效果随定子开孔数目的增加存在最优值。流体的净功耗随开孔形状的变化很小，随开孔数目的增加呈明显先增加后减小的趋势。采用CFD方法对混合器内部湍动能耗散率进行了模拟，结果表明转子区域与定子网孔区域的湍动能耗散率增加，而定子出口射流区的湍动能耗散率减小，混合器内部总体平均湍动能耗散率随转速的增加先增加后减小。
　　本实验中，开孔形式为2.4mm×240的圆孔定子拥有最优的乳化与传质效果。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1概述

1.2管线高剪切混合器的基础特性

1.3管线型高剪切混合器的应用

1.4本文研究内容

第二章 液-液理论

2.1 液-液传质理论

2.2 液液乳化理论

第三章 管线型高剪切混合器的液-液传质性能

3.1 总体积传质系数与传质效率

3.2 液-液传质实验

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 定子结构对叶片-网孔型高剪切混合器液-液性能的影响

4.1实验装置

4.2 实验流程与步骤

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 前景与展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

附录

致谢