管线型高剪切混合器在多相体系下的性能研究

摘要

高剪切混合器作为新型过程强化设备,其优势在于使物料快速而均匀的混合,增大相间接触面积,从而可以极大地强化传递过程,因此可用于气-液、气-液-固、气-液-液等体系,应用于吸收、解吸、萃取、混合、多相反应等工业过程。本文针对管线型高剪切混合器在多相体系中的性能进行了研究。
　　首先,通过实验测定了定-转子齿合型和叶片-网孔型管线高剪切混合器的单程连续乳化能力与功率消耗特性。分别采用了煤油-水、硅油-水、煤油-甘油溶液乳化体系,考察了不同构型的两种管线型高剪切混合器中液滴平均直径 d32及液滴粒径分布随操作参数(转速、流量和油相浓度)和工作流体物性参数(连续相粘度)的变化。由于湍流和剪切水平的不均匀性以及液滴夹带和环流现象,实验中得到的粒度分布曲线均存在双峰分布的现象。液滴尺寸随分散相分数及连续相流量的增加而增大,随转速和连续相粘度的增加而减小。
　　其次,采用亚硫酸钠氧化法对于两种管线型高剪切混合器的传质性能进行了研究。实验测定了不同操作参数(转速、液相流量、气相流量、表面张力)对于气液相界面积和气液传质系数的影响。研究结果表明,气液相界面积和传质系数均随转速和液相流量的增加而增加;随气相流量增加先略有增大然后减小。对于两种构型的高剪切混合器,气液相界面积随表面活性剂浓度的增加而增大,当其浓度超过30 mg/L时,相界面积达到一个平台,不发生明显的变化;而传质系数表面活性剂浓度的增加而减小,当其浓度超过30 mg/L时,传质系数下降趋势变缓,并逐步稳定下来。
　　最后,考察了实验室规格的管线型高剪切混合器在气液固三相反应体系下的性能,采用CO2-Ca(OH)2体系,以磷酸作为晶型调控剂制备了针状的文石晶型的碳酸钙。考察了添加剂浓度、CO2流量、反应温度、转速及高剪切混合器的构型等对碳酸钙晶型的影响。结果表明,混合器的构型,添加剂浓度以及反应温度对于碳酸钙晶型的影响最为显著。在磷酸含量为6.4 g/L,反应温度为83℃,CO2流量为8.4 L/h的条件下,能够得到最高含量的文石晶型(97.9％)。高剪切混合器能够显著减少整个反应的时间,是适于工业化生产的反应器。

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第一章 文献综述

1.1高剪切混合器简介

1.2单相高剪切混合器研究概况

1.3多相高剪切混合器研究概况

1.4本文研究内容

第二章 液-液乳化

2.1液-液乳化理论

2.2液滴在湍流中的力学模型

2.3液-液乳化实验装置

2.4工作流体的物性

2.5 液-液乳化实验流程及测定方法

2.6结果与讨论

2.7本章小结

第三章 气-液传质

3.1亚硫酸钠氧化法

3.2气液传质实验流程与实验方法

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 气-液-固反应

4.1碳酸钙简介

4.2文石碳酸钙的制备方法

4.3实验原理

4.4实验装置及实验步骤

4.5测试方法

4.6结果与讨论

4.7本章小结

第五章 结论与建议

5.1主要结论

5.2创新点

5.3建议与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢