剪切变稀体系下宽粘度域搅拌器的气液分散及传质性能研究

发布时间：2020-10-30 00:42

　　 黄原胶是由黄单胞杆菌发酵制得的一种复杂多糖,具有假塑流变性,被广泛应用于食品、石油开采及化学品工业等领域。在黄原胶发酵的中后期,由于产物不断积累,发酵液粘度增加,气液搅拌混合和传质也愈加困难。本文选用具有典型剪切变稀特性的黄原胶溶液作为研究体系,研究了 LDB、FZ和MB搅拌器在剪切变稀体系下的气液分散与传质过程,考察了通气量、搅拌转速、黄原胶质量分数和气体分布器对于搅拌功率、整体气含率和氧传质系数的影响,这对于提高黄原胶的发酵效率和产品性能具有重要的理论意义和工业应用价值。实验研究发现,随着搅拌转速的增加,通气搅拌功率、整体气含率和氧传质系数均增大;通气量增加,通气搅拌功率略有减小,整体气含率和氧传质系数增大;随着溶液浓度的增加,整体气含率增大,而氧传质系数减小;在相同条件下,FZ搅拌器的通气搅拌功率和整体气含率均高于LDB和MB搅拌器;在0.25wt%和0.5wt%的黄原胶溶液中,FZ搅拌器的溶氧能力最强,而在1.0wt%黄原胶溶液中,MB搅拌器的氧传质系数高于LDB和FZ搅拌器;采用新型球面微孔气体分布器时,三种宽粘度域搅拌器的通气搅拌功率均较小,且搅拌釜内的整体气含率和氧传质系数较高,新型球面微孔气体分布器的分散效果和传质性能较环状气体分布器更好。对三种搅拌器进行了单相模拟,得到宏观流场、剪切速率以及排液量分布,且模拟的搅拌功率与实验值的最大误差小于20%。而在气液两相流的CFD模拟中发现,模拟的通气搅拌功率与实验结果基本吻合。计算得到了釜内的局部气含率分布,并分析了不同因素对于氧传质系数的影响,详细直观地描述了三种宽粘度域搅拌器在剪切变稀体系下的气液分散和传质性能。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ920.5
【部分图文】：

剪切速率ｒ??图１．１多种类型非时变流体的流变图??如果流体之间的关系用图表的形式表示，则称为流变图，如图１．１所示。胀??塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而逐渐增大，假塑性流体则逐渐减小；??屈服假塑性流体的切应力小于屈服值时不产生流动，屈服值为切应力轴上的截距，??当流体产生流动后，其流动行为与假塑性流体相同，具有剪切变稀特性；宾汉流??体也具有一定的屈服值，且其流动性为线性。在生产生活中，非牛顿流体大多数??是假塑性流体，常用幂律模型来描述［２（）］，表达式为：??Ｔ?＝?Ｋ－ｙｎ?（１－３）??２??

住友重机、神钢泛技术和三菱重工开发了多款具有宽适应性的混合??搅拌器一一泛能式搅拌器（ＦＺ）、叶片组合式搅拌器（ＳＭ）及最大叶片式搅拌??器（ＭＢ），如图１．２？１．４所示。这些宽粘度域搅拌器结构简单，不需要复杂的传??动机构，桨叶在搅拌釜纵剖面的面积比例很大，可适用于ｌ￣１００Ｐａ．ｓ的粘度范围??内【２１］。??ｒＨ?＿?Ａ??＂ｌＪ?Ｕ??］?ｎｒ?ｎ??ｕｕ?ｍｌ??图１．２泛能式搅拌器?图１．３叶片组合式搅拌器?图１．４最大叶片式搅拌器??Ｙａｏ［２２］等利用ＣＦＤ方法研究了?ＭＢ和双螺带式搅拌器的混合性能，发现在??搅拌器上开栅格可有效提高搅拌器的混合性能，具有剪切细化的效果，因此ＭＢ??搅拌器的混合效果更好。??ＦｒａｄｅｔＷ２３１等比较了三种尺寸的ＭＢ搅拌器在不同流态中的功耗和混合性能，??研究发现，相对于传统搅拌器，ＭＢ搅拌器具有更高的混合效率，且在达到相同??混合效果的情况下，ＭＢ搅拌器的功耗较低，但其功率受离底距离的影响十分明??显。??３??

分别固定在搅拌轴上，上叶片的下部两端布有延长板，下叶片外周设有折边板。??此外，上下叶片都开有对称的栅格，之间互成一定角度并保持一定间距进行布置，??其结构及参数如图１．５和表１．１所示。??图１．５新型大双叶片搅拌器几何结构示意图??１、搅拌轴２、上轴套３、上叶片３．１、延长板４、下轴套５、下叶片５．１、折边板??表１．１新型大双叶片搅拌器主要结构参数??Ｄ？Ｔ?ｈ／Ｄ?＇ｈＶＤ?Ｉ／Ｄ?ｂ／Ｄ?ｐ?（°）??０？７ｌ?０６?０６?０Ｊ９?０１６?３６??ｈ／Ｄ?Ｃ／Ｄ?０（°）?开珊格数??０．０４?０．１３?３０?４，ｕｐｐｅｒ??０．０９?０．１９?４５?２，ｌｏｗｅｒ??０．１５?０．２４?９０?６，ａｌｌ??ＬＤＢ搅拌器独特的结构决定了它具有以下性能特点：（１）属于大叶片搅拌??器，叶片与釜体的纵向投影面积比超过０．７，在很宽的粘度范围内均可实现良好??的混合效果；（２）上叶片的延长板能促进轴向流动；（３）下叶片的折边板可以促??进放射流的排出；（４）通过调节上下叶片间的夹角０、轴间距／７、桨叶离底距离??Ｃ，可以改善搅拌釜内流体的混合情况，优
【参考文献】

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本文编号：2861711