黏稠体系下轻浮颗粒的双轴搅拌混合研究

发布时间：2020-09-18 20:06

　　固-液搅拌被广泛地应用于凝聚、发酵、结晶等各类反应过程,其中轻浮颗粒在自由液面的运动状态相对于釜底的沉积颗粒更为复杂。在对轻浮颗粒的研究中往往忽略了物料黏度的影响,且多采用单轴单桨或多层桨;但工业过程中黏性物料也十分常见,双轴搅拌器在黏性体系中具有良好的混合效果。本文采用实验和模拟相结合的方法,首次研究了同心双轴搅拌器驱动下轻浮颗粒在黏稠体系中的混合分散。主要的研究内容和成果如下:(1)比较了同心双轴搅拌器在不同内、外桨转动模式(同向旋转、反向旋转)和内桨运行模式(下压式、上扬式)下轻浮颗粒的下拉分散状态,研究了轴向流式、径向流式和混合流式等三种典型搅拌桨的混合效果。优选出内、外桨同向旋转模式和下压混合流式搅拌桨,为后续的研究奠定基础。(2)研究了搅拌结构参数、物料物性参数对轻浮颗粒下拉分散的影响规律,建立了临界下拉悬浮状态下弗劳德数与内桨直径、浸入深度、液相黏度、颗粒浓度及尺寸间的关联式,经验证拟合效果较好,可为轻浮颗粒搅拌设备的设计及选型提供参考。结果表明:各因素条件对临界下拉悬浮状态的影响中,内桨桨径最为显著,颗粒尺寸的影响很弱。(3)采用欧拉-欧拉双流体模型和多重参考坐标系法模拟比较了不同运行参数、结构参数和物性参数条件下的液相流速场分布及固相浓度场分布,揭示了同心双轴搅拌下轻浮颗粒的分散机理。结果表明:内桨桨径和搅拌转速主要通过改变釜内循环流实现对固相浓度场的影响,颗粒浓度和尺寸对液相流速场的影响不明显。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.72
【部分图文】：

搅拌设备

鼓泡后穿过液体层，或借助密集的气泡群来促进液相的对流和循环。由于在这种方式下不逡逑存在运动部件，因而其搅拌能力较弱，一般仅用于低黏度物料的混合过程Ｗ。在实际工业逡逑生产中主要以机械搅拌为主，图１．１给出了常见单轴机械搅拌设备的结构［４］，它主要由搅逡逑ｊ邋？邋■逡逑Ｉ逦＊：＇—＾＿逡逑４逦｝逡逑１．搅拌器２．釜体３．夹套４．搅拌轴５．压出管６．支座７．人孔８．轴封９．传动装置逡逑图１．１常见搅拌设备的结构及组成逡逑１逡逑

搅拌器,搅拌桨,牛顿流体,复合式

在中、高黏度牛顿流体和非牛顿流体搅拌以及气－液两相流搅拌中具有较好的应用。本节逡逑将分别从国内和国外学者的相关报道入手，综述双轴搅拌的研究进展。逡逑双轴搅拌中常用的外桨类型主要有框式桨和螺带式桨两种，图１．２给出了这两种搅拌逡逑桨的基本结构。其中框式搅拌桨的结构较为筒单，具有较强的剪切力，对颗粒的分散效果逡逑要优于螺带式搅拌桨。逡逑１．３．１国内研究进展逡逑潘勤敏等［７２］对卧式双轴表面更新型搅拌釜的功耗进行了研究，冯惠生等［７３］采用卧式双逡逑轴搅拌装置对高黏度流体的搅拌过程进行了数值模拟。他们所采用的搅拌装置具有两根并逡逑排的卧式搅拌轴，适用于高黏度牛顿流体和非牛顿流体的搅拌，不适于轻浮颗粒的下拉分逡逑散。逡逑黄建伟对双轴异桨组合搅拌器在不同雷诺数下的总轴功率准数进行了研究，并提出逡逑了关联式模型，他采用中心安置的低速框式桨和偏心安置的高速小桨叶。逡逑９逡逑

实验台,仪器,型号,厂家

２．１实验设备及物料逡逑２．１．１搅拌设备及参数逡逑如图２．１所示，实验台由搅拌釜、搅拌器、电机以及控制柜等构成。实验中用到的其逡逑它仪器及型号列于表２．１中。逡逑Ｉ逦ｊ—２，３逡逑Ｊ＝３邋３＝３逡逑0邋0邋0逦ｒ邋Ｘ邋｜逡逑ｉ—邋ｑ逦ｒ邋｜ｆＴ］邋—４逡逑？邋ＪｌＴＥ－－６逡逑｜逡逑ｒｆ＾＇ＭN－NB．—＂ｗｊ邋ｓ逦ｊ邋Ｉ逡逑百－８逡逑占＝ｔ逦Ａ邋＝邋Ａ邋Ａ逦Ｗ邋ｔ＊邋ｆｃ逡逑１．控制柜２．电机３．扭矩传感器４．外桨５．内桨６．釜体７．支架８．液压升降台逡逑图２．１实验台逡逑逦表２．１实验采用的仪器

【参考文献】