新型多叶片组合式搅拌桨强化不互溶液液分散特性研究

发布时间：2019-10-17 03:11

【摘要】：本文以一种结构简单的新型多叶片组合式搅拌桨为研究对象,针对分散相粘度较大的液—液非均相体系,采用实验研究,系统考察该搅拌桨强化不互溶液—液体系的分散特性。主要考察了操作条件(如搅拌转速、功率消耗等)、桨的安装位置及液位高度等对分散相临界转速、液滴的直径分布与平均直径的影响,从这几个角度研究了该桨在分散相分散过程中的性能特性,同时对分散液滴的分散机理进行了初步的研究。液—液非均相体系中分散相的分散性是考察搅拌桨的分散性能的最重要的参数,而分散相的分散性主要体现在液滴大小及其分布规律两个方面,因此一种可以准确测量分散相液滴的直径分布与平均直径的方法至关重要。本实验通过基于平面激光诱导荧光技术(PLIF)的液滴直径测量方法结合折光率匹配,对搅拌釜中非均相体系的二维平面上的分散相液滴分散情况进行拍照,并通过自编的图像处理软件对所拍摄的图片进行处理,进而得到了液滴的直径数据。由液滴的直径数据可统计出液滴的直径分布,进而计算出液滴的索特尔(Sauter)平均直径。该方法既具有壁外拍照法的无干扰流场、测量精度高、设备搭建简单等优势,同时又排除了拍照法中由于液滴重叠所造成的误差。首先对本实验中所用的新型多叶片组合式搅拌桨在釜内的安装位置及体系的液位高度进行了确定。采用照相法考察了实验中的操作参数(搅拌器浸没深度 S、釜底间隙C、液位高度H)对分散相分散性的影响。通过控制变量结合照相法所拍摄的图片得出:桨的最佳安装位置为C=20mm、S=50mm,结合桨的高度将体系的液位高度定为H=300mm。桨的安装位置与体系的液位高度确定后,采用测量搅拌轴扭矩结合转速计算功率消耗的方法,来测量该新型搅拌桨在釜内的功率消耗与功率准数。同时考察搅拌桨转速、分散相体积分数、分散相粘度等参数对单位体积功率消耗及雷诺数对功率准数的影响。本实验通过基于PLIF技术的液滴直径测量方法来系统的考察分散相的物性参数和操作条件(搅拌桨转速、分散相体积分数)对液液分散临界转速、液滴的直径分布与索特尔平均直径的影响,并得到了非常精确的数据。
【图文】：

桨形式主要有：平直叶桨式、六直叶开启涡轮式、布尔马金式、三叶后掠式、后弯叶开逡逑启涡轮、后弯叶圆盘涡轮式、锯齿圆盘式、平直叶圆盘涡轮式、六弧叶圆盘涡轮式等，逡逑其结构形式如图１－１所示。径向流搅拌桨可以通过主体对流扩散和涡流扩散实现小范围逡逑内的混合。工业应用与实验数据分析都表明了径向流搅拌桨存在桨区剪切作用非常大，逡逑而全釜内的分散效果却不佳的缺陷。故相对于轴流式桨而言，，径向流搅拌桨主要作用于逡逑局部分散。其中平直叶圆盘涡轮式搅拌桨（ＤＴ）是典型的径向流搅拌桨，它由一个圆逡逑盘上均匀焊接六个平直叶构成，结构简单且容易加工［２７１。该桨在互不相溶液一液分散体逡逑系的搅拌釜中形成双环形流型，其流型如图１－２邋（ａ）所示，沿着反应器轴向流体相互循逡逑环差。但当平直叶圆盘涡轮式搅拌桨靠近液面时，流型由双环型变为单环型，流型如图逡逑１－２邋（ｂ）所示，此时的搅拌效果比较好，但对于大高径比的反应器却容易在釜底形成滞逡逑留区。逡逑逦逦邋＿＿＾邋一逡逑0邋４１邋ｂ邋ｖｊ逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图１－２平直叶圆盘涡轮式搅拌桨搅拌釜中液相流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｌｏｗ邋ｒｅｇｉｍｅｓ邋ｉｎ邋ａ邋ｓｔｉｒｒｅｄ邋ｔａｎｋ邋ｅｑｕｉｐｐｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ａ邋ｄｉｓｋ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑国外出现的比较典型的径向流搅拌器有Ｒｕｓｈｔｏｎ桨、ＲＴ桨等

东南大学硕士学位论文逡逑叶开启涡轮式、六箭叶圆盘涡轮式、折叶桨式、锚叶片组合式、最大叶片式、泛能式、逡逑六折叶圆盘涡轮式等，结构形式如图１－４所示。六折叶圆盘涡轮式搅拌桨（ＰＤＴ）是典逡逑型混合流搅拌桨，它在搅拌釜内形成的是单一环型流动，局部流体相互混合好，沿着反逡逑应器轴向流体相互交换差。逡逑■逦Ｖ．逦ｒｆｅ逡逑折叶桨式六折叶^u启涡轮式锚叶片组合式逡逑—ｊ昏逡逑＃担蓿?逦ｓｉ邋１１邋＿Ｌ逡逑ＩＮＴＥＲＩＶＩＩＧ邋六箭叶圆盘涡轮式逦泛能式逡逑Ｊｌ逦ｉｉ逡逑Ｕ邋Ｌ邋Ｊ邋ＬＪ逡逑ＭＩＧ逦六折叶１盘涡轮式最大叶片式逡逑图１－４混合流式搅拌器示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｉｘｅｄ－ｆｌｏｗ邋ａｇｉｔａｔｏｒ逡逑关于同轴搅拌器混合时间的研究，最早由５0１１１＾丨（１＾［３（）］在１９９０年报道，该研究在牛逡逑顿体系中进行，内桨为两个Ｅｋａｔｏ桨，外桨为螺带桨，其研究结果表明异向旋转时的混逡逑合时间比单用Ｅｋａｔｏ桨短。１９９７年Ｔａｎｇｕ／１１用内涡轮桨外螺带桨的复合桨，得到了类逡逑似的结论。２００５年，ＴａｎｇＵｙ［３２］等人又研宄了牛顿和非牛顿流体中混合流式搅拌桨的功逡逑８逡逑
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ051.72

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本文编号：2550339