本论文研发了 一种高效节能的气升式旋环流混合装置,新型混合装置在混合器的进料口或泵强制液体物料循环的出料口安装旋射流布气头,利用液体压力推动旋射流布气头旋转和喷射强化径向物料混合,同时带动喷射区物料进行周向运动,旋射流布气头喷出的液流可很好地分散和向外推送从导气管导入的气体,形成中心气液分散旋流区,连续或循环通入的气体物料造成中心气含量高的分散区域形成向上流动,外围区域气含量低、比重大的液体物料向下补充,形成整体快速环流。这种采取物料直接射流形成旋流和环流的巧妙设计,可最大程度强化物料摩擦混合及径向和轴向运动,最大程度避免了带动物料整体旋转、能量消耗大且对混合贡献不大的周向运动。新型混合装置主要由容器、旋射流布气头(由本课题组发明,包括定子和带喷嘴的转子两个部分组成)、液体和气体输送或循环系统构成。通过构建气液物料连续送入,借助相互协同作用的旋环流混合模型,通过气液量及压力调节优化,创新了高效节能新型装备体系。研究结果表明:液体和气体的流量与压力成线性关系,并影响转速、喷射直径;旋射流布气头的转速和喷射直径可通过液体和气体的流量或压力调节;气体分布区的直径可由液体的流量和压力、气体的流量和压力以及喷嘴类型决定;在混合容器直径为1.2 m,体积1.5 m3,液体高度为1.5 m的实验装置中,当气体流量小于3 m3/h时可形成轴向均匀鼓泡混合,当气体流量大于3 m3/h时产生明显的轴向循环混合;气含率主要受气体流量影响,在气体流量一定时,增加喷嘴数量和液体流量也能使气含率增加,气含率和气体流量呈现线性关系,其范围为:0%-0.35%;循环液速主要受气体流量影响,随着气体流量增加,循环液速增加,增幅较大;液体流量、扇形喷嘴个数也有一定影响,随着液体流量的增加,循环液速不断增加,但增幅较小,增加扇形喷嘴数量也可增加循环液速;增加液体流量可以缩短混合时间,增加气体流量混合时间呈现先缩短后增加的趋势;本实验装置的最佳混合工艺条件为液体流量5 m3/h、气体流量7 m3/h、广角喷嘴和扇形喷嘴各二个;进一步研究结果表明,溶氧量达到饱和的时间随气体增加而缩短,液体流量和喷嘴组合影响不大;在液体流量6.6 m3/h、气体流量10 m3/h运行下,新型混合装备的实际功率为4 kW/h。