搅拌槽内微观混合的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 12次 | 上传用户:jun13632594162
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搅拌反应器是化工、制药、食品、石油等行业最常见的流体混合设备。微观混合指的是物料从湍流分散后的最小微团(Kolmogorov尺度)到分子尺度上的均匀化过程,这种小尺度上的均匀化过程对精细化工、制药等工业过程中经常涉及到的快速复杂反应有着重要影响。目前关于微观混合研究已有不少文献报导,但绝大部分是针对串联竞争反应体系,且在较小的反应釜内进行,而冷模实验的釜径需达到0.5m左右才能有效反映出釜内结构、桨型等参数对反应的影响。此前的研究所采用的桨型大多为Rushton标准涡轮桨,且以单层桨为主;对于目前工业过程中广泛使用的多层桨搅拌槽/反应器内微观混合特性研究较少;在实际工业应用中对于低粘度互溶液体的混合往往采用翼形桨,而对多层翼型桨的微观混合特性则研究得更少。本研究在内径0.476m的有机玻璃搅拌槽进行,选择酸碱中和与氯乙酸乙酯水解平行竞争反应作为工作反应,利用气相色谱仪对产物分布进行测定,工作反应的产物分布被用来表征槽内微观混合效果的好坏。实验中采用了4种不同类型的搅拌器进行操作,针对进料时间、进料位置、搅拌转速及桨型的不同对产物分布的影响进行了系统的研究,同时采用E-模型对产物分布进行了模拟计算,计算结果与实验结果进行了对比。研究表明,当进料点和搅拌转速不变时,副产物收率随进料时间的延长而降低,但存在一个临界值;达到该临界值后,产物分布不再随进料时间的延长而降低。采用该临界时间作为进料时间时,可以认为已经消除了宏观混合对反应体系产物分布的影响。进料点处的湍流程度对于微观混合的最终效果有着直接的影响,湍流程度越高,最终<WP=4>微观混合效果越好。E-模型计算结果与实验结果基本一致,能较好的对实验结果进行定性的预测。本文的研究结果对工业反应器的设计及优化具有一定的指导意义。
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