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高黏假塑性流体在反应釜中的混合过程十分复杂。黄原胶作为一种典型的假塑性流体,在其发酵过程的中后期,随着黄原胶产物浓度的不断增加,发酵液逐渐转变为高粘假塑性流体,其传质、传热性能急剧下降,严重影响黄原胶的质量和产量。 本文以1.0wt%黄原胶溶液为研究体系,对10m3工业规模搅拌釜内三种搅拌桨的混合性能进行了数值模拟,这三种搅拌桨包括两种最大叶片式桨(MB1和MB2)和一种工业生产中常用的三层六直叶圆盘涡轮桨(TT)。以期得到三种搅拌桨的流体力学性能和混合特性,为工业规模搅拌釜的设计和优化提供指导和参考。 结果表明:在工业规模搅拌釜内,MB1桨和MB2桨都形成清晰的“双循环”流型,呈现良好的主体流动,TT桨在每个桨叶叶端处分别形成上下两个小循环,容易形成釜内流体流动的分区现象。三种搅拌桨的高剪切区域和高排液区域都集中在桨叶附近,MB1桨和MB2桨的优势要明显高于TT桨。 在相同单位体积功耗下,在相同位置向搅拌釜内加入示踪剂,MB1桨和TT桨示踪剂的运动路线都是由釜上部逐渐向下部扩展,MB2桨的示踪剂运动路线是先由釜上部沿搅拌轴运动到釜底,然后随主体循环扩散至全釜。三种搅拌桨的整体混合体积曲线相似,混合体积开始平稳增长,然后经历一个突变性增长的阶段,最后全釜示踪剂浓度趋于均匀。 由此可见,用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)方法对工业规模搅拌釜内黄原胶溶液的混合过程进行数值模拟是可行且有意义的,对工业规模搅拌釜的设计优化具有指导作用。