理论教育 机械搅拌反应器结构参数对混合效果的影响

机械搅拌反应器结构参数对混合效果的影响

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:机械搅拌反应器广泛应用于化工、生物化工、冶金、制药、食品等过程工业,是相关生产工艺流程的核心设备。研究表明,混合隔离区的形态特征不仅与雷诺数有关,还与搅拌槽的结构有关,改变搅拌反应器的结构参数可有效改善混合效果,如偏心搅拌、柔性搅拌等。研究表明,流场耦合也是控制流体混沌混合的有效手段之一,如射流与不同结构的搅拌反应器流场的非线性耦合,形成多场耦合,可诱发混沌混合,提高气液混合效率。

机械搅拌反应器结构参数对混合效果的影响

机械搅拌反应器广泛应用于化工、生物化工、冶金、制药、食品等过程工业,是相关生产工艺流程的核心设备。搅拌桨作为其核心组成部分,通过向流体提供所需要的能量改变流场结构,可实现流体间的快速混合,加快气体分散及促进下沉颗粒悬浮等,在工业生产中混合效率直接影响整个过程的传热传质。实际上,搅拌桨向流体输入的能量大多被用于流体的旋转运动及流动,在桨叶尖端附近区域形成周期对称性流场结构(混合隔离区),降低了流体的混合效率。调控流域内的流场结构、减少混合隔离区是提高混合效率的有效途径。

随着对流体混合的非线性过程研究的不断深入,用非定常态流场或流场耦合诱发流体的混沌现象,可减少混合隔离区,提高流体混合效率,实现强化流体传质的目的。研究表明,混合隔离区的形态特征不仅与雷诺数有关,还与搅拌槽的结构有关,改变搅拌反应器的结构参数可有效改善混合效果,如偏心搅拌、柔性搅拌等。Alvarez 等通过实验研究了偏心率的大小对混合流场的结构影响规律,发现偏心搅拌可以引发流体混沌混合,并破坏流场的混合隔离区,增大轴向速度,提高混合效果。刘作华等设计出了刚柔组合桨,并将其应用于锰矿浸取过程中,缩短了浸取时间。研究表明,流场耦合也是控制流体混沌混合的有效手段之一,如射流与不同结构的搅拌反应器流场的非线性耦合,形成多场耦合,可诱发混沌混合,提高气液混合效率。(www.daowen.com)

然而,偏心射流与机械搅拌相结合的流体混合方式,特别是射流与刚柔组合桨相结合的研究较少,其偏心射流与刚柔组合桨耦合混合行为还需进一步探索。本节采用LabVIEW 软件采集搅拌槽内压力脉动信号,结合Matlab 软件计算混沌特性参数的最大李雅普诺夫指数(LLE)和多尺度熵(MSE)的值,分别从混沌程度和能量随机分布两个方面考察偏心射流耦合刚柔组合桨体系内流体混沌混合行为的变化规律,该研究结果可为刚柔组合桨搅拌器的优化设计提供依据。

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