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    188宝金博页面版: 双层桨表面曝气反应器构型优化

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    内容提示： 第 5 卷第 6 期 过 程 工 程 学 报 Vol.5 No.6 2005 年 12 月 The Chinese Journal of Process Engineering Dec. 2005 收稿日期： 2004?12?08， 修回日期： 2005?01?07 基金项目： 国家自然科学基金资助项目(编号： 20306028; 20236050) 作者简介： 李向阳(1980?)， 男， 河南省焦作市人， 博士研究生， 化学工程专业； 毛在砂， 通讯联系人， E-mail: zsmao@home.ipe.ac.cn. 双层桨表面曝气反应器构型优化 李向阳1, 2， 禹耕之1， 毛...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：28 | 上传日期：2015-03-13 13:53:30 | 文档星级：
    第 5 卷第 6 期 过 程 工 程 学 报 Vol.5 No.6 2005 年 12 月 The Chinese Journal of Process Engineering Dec. 2005 收稿日期： 2004−12−08， 修回日期： 2005−01−07 基金项目： 国家自然科学基金资助项目(编号： 20306028; 20236050) 作者简介： 李向阳(1980−)， 男， 河南省焦作市人， 博士研究生， 化学工程专业； 毛在砂， 通讯联系人， E-mail: zsmao@home.ipe.ac.cn. 双层桨表面曝气反应器构型优化 李向阳1, 2， 禹耕之1， 毛在砂1 (1. 中国科学院过程工程研究所， 北京 100080； 2. 中国科学院研究生院， 北京 100039) 摘 要： 针对单层桨表面曝气反应器吸入气体主要集中在反应器上部的缺陷， 构建了 5 种双层桨表面曝气反应器构型. 研究了各种构型的传质系数、 搅拌功率和混合时间等流体力学特性， 表明双层桨构型能改善单层桨构型的缺陷， 表面曝气桨与上推式轴流桨组成的双层桨构型的径流桨综合性能最优， 符合流场耦合与叠加的原理. 关键词： 表面曝气； 双层桨； 气液传质系数； 搅拌功率； 混合时间 中图分类号： TQ03 文献标识码： A 文章编号： 1009−606X(2005)06−0601−041 前 言 气−液和气−液−固多相搅拌反应器是一类很重要的反应器， 广泛应用于石油、 化工和冶金等领域. 表面曝气反应器是其中较特殊的一种， 可通过表面曝气桨的搅拌作用， 使未反应的气体由反应器内液面上方的空间再次吸入并分散， 避免未反应气体的分离、 净化和压缩，因而对减小设备投资、 节省运行费用具有重要意义. 但表面曝气搅拌反应器有气相分布极不均匀的缺陷， 吸入的气体主要集中在表面曝气桨周围和反应器上部， 严重阻碍了 气−液和气−液−固反应效率的提高， 且搅拌槽的高径比越大问题越严重. 为解决这一问题， 在表面曝气桨下方增设一至数层搅拌桨， 以改善气体在反应器内的分散状况. 虽然有关表面曝气搅拌反应器的研究已经很多[1−3]， 但大多集中于单层桨表面曝气搅拌反应器的实验研究和表面曝气现象简单的机理分析， 工程应用也限于污水曝气池. 至今有关多层桨的表面曝气反应器的研究不多[4−8]， 且下层桨均采用轴流性能并不理想的折叶透平桨[4−6]， 甚至径向流型桨[7]. 本工作以解决表面曝气桨的缺陷为出发点构建双层桨构型， 通过实验比较和综合分析得到了表面曝气效果好、 气体分散均匀、 整体循环能力强的双层桨构型. 2 双层桨构型设计和实验条件分析 2. 1 双层桨构型的设计 表面曝气桨是表面曝气反应器的核心， 常用的表面曝气桨包括 Rushton 桨、 直叶透平桨、 斜叶透平桨、 螺旋桨和锥形桨， 其中 Rushton 桨最常用[6]， 临界曝气转速最低[9]， 故选择 Rushton 桨作为表面曝气桨. 本工作分别选择了上推式轴流桨、 径流桨和下推式轴流桨各一种作为下层桨， 与表面曝气桨组成双层桨构型， 同时选择循环优良的上推 Techmix335 作为下层桨. 2. 2 实验条件分析 在液体深度一定的情况下， 上层桨浸没深度、 桨间距及下层桨距底位置都是影响双层桨构型性能的重要因素. 永田进治[10]认为距离底部最佳的叶轮高度是液面高度的 1/3， 研究的是单层桨， 液面深度一般小于或等于槽径. 本工作和大多数研究一样， 取下层桨距底高度为 1/3 槽径. 对 Rushton 桨组成的系统， 桨间距与桨径之比至少应大于 1.6[11]. 同时考虑单个桨的作用范围为一个槽径，间距大于槽径后两层桨间的流场会失去关联. 本实验搅拌槽直径 380 mm， 所以桨间距选 350 mm. 随上层桨浸没深度的增大， 临界吸气转速也增大[12]. 实验中发现上层桨浸没深度增加时， 搅拌功率迅速增大； 在浸没深度由 30 mm 增至 90 mm 的过程中， 功率消耗增加了约 3 倍. 所以上层桨的浸没深度较浅时更利于吸气， 本实验选择上层桨浸没深度一律为 30 mm. 3 实验装置和方法 实验所用的几种桨如图 1 所示， 搅拌槽直径 380 mm， 深度 500 mm， 以自来水为介质， 上层桨浸没深度30 mm， 下层桨距底 130 mm， 实验装置如图 2 所示. 实验具体参数如表 1 所示， A 为单层桨构型， B~E 为双层桨构型. 采用滴加亚硫酸钠法[13]测气−液传质系数， 轴上扭矩法[14]测搅拌功率， 具体方法参见文献[8]. 用酸碱指示

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