粉体混合过程及搅拌功率的DEM数值模拟和实验

采用数值模拟与功率测试相结合的方法,研究直叶桨式粉体混合机搅拌过程及搅拌功率、扭矩的变化规律。对粉体混合机内球形颗粒的混合过程进行离散单元法DEM数值模拟,研究直叶桨式粉体混合机内搅拌转速、搅拌桨直径、桨叶数目等特性参数对粉体混合时搅拌功率和扭矩的影响,并拟合得到功率计算公式。搭建粉体搅拌试验台,测试粉体搅拌功率并与模拟结果比较。结果表明,直叶桨式粉体混合机内功率消耗与搅拌桨转速、搅拌桨直径、桨叶数目等特性参数有密切关系。同时,扭矩值和功率值与搅拌桨转速、搅拌桨直径和桨叶数目都呈正相关。实验得到了与模拟类似的扭矩-转速关系以及功率-转速关系,模拟值与测试值具有较好的吻合性,验证了所推导公式的准确性。     

搅拌反应器内相际传质行为 2.反应器结构特性研究

系统地研究了搅拌反应器中挡板、搅拌桨型、通气管分布器及位置等结构因素对氧气－水体系功率准数Ｋ和容积传质系数ＫＬａ的影响规律。实验结果表明：在搅拌过程中挡板的作用在于提高湍动,改善两相混合状态;相对于其它的三种桨型,六叶盘式透平平桨能够形成较高的液相湍流和气液接触界面;通气管分布器的适宜直径为桨径的０．５～１倍,适宜位置应在桨叶下方。     

轴流式翼型-透平组合桨在搅拌釜内的流动

<正>搅拌反应器是化工、医药、食品工业中广泛应用的基础设备之一,当搅拌釜内液深与搅拌釜直径相比较大时(通常比值大于1),往往采用双层或多层桨,以保证顶部到底部的循环流动。 透平桨产生的是径向流,形成以桨叶为中心线的上、下2个循环区,桨叶附近剪切速率高,气体分散能力强。翼型桨产生的流型是轴向流,形成全釜循环,混合均匀,剪切温和。为充分利用两者优势,加强全釜混合,剪切适度,特别是在粘稠物系中,可采用组合桨。目前尚未看到对翼型-透平组合桨流动状况的研究,而对于非牛顿流体中的组合桨流动状况则了解     

柔性Rushton搅拌桨的功耗与流场特性研究

基于传统的Rushton桨,开发了一种柔性叶片Rushton搅拌桨。采用数值模拟方法研究了柔性桨的功耗及层流和湍流流场特性,并分别采用扭矩测量法和粒子图像测速法进行了实验验证。结果表明,对于实验规模的搅拌容器,当介质黏度与甘油接近时,可用橡胶作为柔性桨叶制作材料。Reynolds数≤100时,柔性桨的功耗大于刚性桨;Reynolds数大于该值后,柔性桨的功耗小于刚性桨。柔性桨叶对被搅拌流体具有自适应特性,流固耦合作用下产生的变形增加了流体的径向流动能力。搅拌低黏度流体时,柔性桨能提升近桨区流体的速度,增加桨叶远端流体的循环流动能力;搅拌高黏度流体时,近桨区和桨叶远端流体的速度均大于刚性桨。就尾涡而言,柔性桨产生的涡量较小,耗能少。     

基于CFD模拟的新型径向流搅拌桨设计

用CFD软件模拟了3种传统径向流搅拌桨—平直叶式、半圆管式和非对称抛物线式搅拌桨的功率消耗和泵送能力等搅拌性能,研究了不同桨叶结构和尺寸对搅拌桨功率准数和泵送能力的影响,设计扇环抛物面桨叶结构,比较了新型桨与传统桨的功率准数、泵送效率等搅拌性能和轴向投影面积率的差异.结果表明,桨叶外缘顶点曲率增大可减小功率准数和提高泵送效率,轴向高度减小可使功率准数降低但对泵送效率提升不大.基于空间自由曲面设计的带有新型非对称扇环抛物面桨叶的搅拌桨操作性能最佳,比非对称抛物线式搅拌桨功率准数下降30.8%,泵送效率提高22.6%.新型搅拌桨轴向投影面积率比非对称抛物线式搅拌桨增加21.5%,能用于气液分散操作.     

改进型INTER-MIG桨搅拌槽内流场的PIV实验

采用粒子图像测速技术(PIV)研究了双层改进型INTER-MIG桨搅拌槽内的流场,考察了流体粘度?、桨叶转速、底桨尺寸对流场的影响.结果表明,?962.5 m Pa·s时随粘度增大,局部涡流增多,对整体混合有利;?=962.5 m Pa·s时形成2个涡合能力差的涡流,对整体混合不利.Re=459~918时,桨叶转速增加对叶端处无因次化速度无影响,随流体远离桨叶,无因次化速度随桨叶转速增大而增大.底桨尺寸增大对无因次化径向速度影响较小,对底桨所在区域无因次化轴向速度影响较大,底桨尺寸满足桨槽直径比D/T=0.57时无因次化轴向速度最大,湍动能最大,搅拌功率随底桨尺寸增大而增大.     

改进Intermig桨种分槽搅拌性能的数值模拟

利用商业CFD软件Fluent 12.0和并行计算系统图形工作站,对改进的Intermig桨种分槽内部流场进行了三维数值解析.采用Realizable κ-ω流模型和欧拉-欧拉多相流模型对槽内不同桨叶离底距离C、桨叶直径D下的氢氧化铝颗粒悬浮规律以及搅拌桨功率消耗进行了模拟.结果显示,搅拌转速一定的条件下,桨叶直径越大...     

柔性Rushton搅拌桨的功耗与流场特性研究

基于传统的Rushton桨，开发了一种柔性叶片Rushton搅拌桨。采用数值模拟方法研究了柔性桨的功耗及层流和湍流流场特性，并分别采用扭矩测量法和粒子图像测速法进行了实验验证。结果表明，对于实验规模的搅拌容器，当介质黏度与甘油接近时，可用橡胶作为柔性桨叶制作材料。Reynolds数≤100时，柔性桨的功耗大于刚性桨；Reynolds数大于该值后，柔性桨的功耗小于刚性桨。柔性桨叶对被搅拌流体具有自适应特性，流固耦合作用下产生的变形增加了流体的径向流动能力。搅拌低黏度流体时，柔性桨能提升近桨区流体的速度，增加桨叶远端流体的循环流动能力；搅拌高黏度流体时，近桨区和桨叶远端流体的速度均大于刚性桨。就尾涡而言，柔性桨产生的涡量较小，耗能少。     

粘性物料的搅拌

介绍了粘性物料在低速搅拌时的流型和桨叶形式。对高速状态下的粘性物料，特别是有固相存在的搅拌进行了试验研究。提出了流向改变和碰撞过程。推荐了几种用于粘度较大，尤其含固相较高的粘性物料的搅拌桨、搅拌槽和挡板形状。通过试验对桨叶直径、转速、层数、宽度各参数进行了合理选择，找出了提高效率、节约能耗的合理参数，并提出了高效节能的窄叶桨。通过流体力学分析和试验提出了固体颗粒悬浮液的“颗粒因数”对搅拌功率的影响，根据实验数据回归，提出了圆盘桨和窄叶桨当桨叶宽度、层数、液深改变时的功率修正系数。     

新型双层桨气液搅拌釜内功耗性能的实验研究

对新型双层桨气液搅拌釜的自吸分散机理进行分析,考察介质浓度、桨叶间距、桨叶组合对功耗性能的影响,并与表面充气分散时的功耗性能进行比较。结果表明:桨叶间距增大,下层桨向上层桨泵送的液体量减少,泵送液体所需的功耗增大;P型桨叶背后形成的气穴尺寸较DT桨的小,相对功率消耗更接近于1,更有利于气体在搅拌釜中分散与混合;自吸分散时,P∝N~2,即自吸分散较表面充气分散省功,在搅拌转速或输入功率相同时,气含率更高,气液分散性能更好。     

立式聚合釜气液传质特性的研究

本文旨在开发新一代聚四氟乙烯立式反应釜。分别在纯水-氧、乳化剂水溶液-氧两个体系中,用纯氧物理吸收法测定了H/D=1.27的釜的传质容量系数K_La,分析了两体系K_La差别的原因,并对实验结果进行了关联。研究表明,水体系的K_La,是乳液体系的2.5倍,桨型、安装位置等参数对传质有明显影响。在H/D≤1.27的釜中以单层三叶船舶推进器为最佳桨型。     

错流旋转填料床传质特性影响因素的实验研究

采用CO2-NaOH体系,在中试规模的实验装置上进行传质实验,考察了气速、液体喷淋密度、超重力因子、气液接触时间对错流旋转填料床的总体积传质系数KLa及有效传质比表面积ae的影响. 结果表明,KLa和ae均随气速、液体喷淋密度和超重力因子增加而增大,KLa随气液接触时间增加先缓慢增大后急剧下降,ae则随气液接触时间增加而缓慢下降. 最佳操作条件为：气速1.69 m/s,液体喷淋密度32 m3/(m2×h),超重力因子104,气液接触时间0.1 s. 错流旋转填料床在处理大气量气体时传质效果增强,是同类文献错报道的1.52~2.32倍. 对各操作参数下所得实验数据进行回归,得关联式KLa=1.8221(atDL/dp)ReL0.6371GrL0.0548ScL0.0623和ae/at=2980.9ReL0.2349FrL-0.045WeL0.5023f-0.5.     

Onset of gas self-induction and power consumption after gas induction in an agitated tank

The behavior of inducted gas from liquid surface and the; power requirements in an agitated tank using a mechanical agitator are studied in order to increase the amount of gas self-induction and the gas retention time for gas absorption. A 45° six-blade downward impeller turbine was utilized in this study. Air and water, air and 40 wt% 60 wt%, and 80 wt% of glycerin water, and air and 106 cP silicon oil were employed as gas and liquid phases. Variables which were studied included geometrical factors (immersed depth of impeller, baffle with and diameter of impeller) and the physical properties of the liquid (viscosity, density, and surface tension). The correlations for the onset speed of impeller and power consumption after gas induction in the agitated tank are established from our experimental results. The amount of gas self-induction from the liquid surface in the agitated tank increases with increasing impeller diameter and speed and decreases with increasing baffle width, depth of impeller and viscosity of liquid.     

第二液相的加入对气液传质系数的影响

以搅拌罐中的水吸收CO2为研究体系,分别采用异戊醇、苯和正己烷为第2液相,通过实验考察了第2液相的加入对气液传质的影响.实验结果表明:第2液相的加入对气液体积传质系数KLa有很大的影响,且不同的第2液相的影响程度也不同.在一定的操作条件下,KLa均随搅拌速度和第2液相体积分数的增加呈先增大后减小的趋势,随表观气速(在一...     

内循环生物流化床曝气过程氧传质特性研究

针对水-空气-高分子颗粒三相体系,测试了内循环好氧生物流化床曝气过程中气-液相间氧传递的体积传质系数KLa,分析了操作参数(进气量QG、固含率εs和升降流区截面积比Ar/Ad)对氧传质系数KLa的影响。结果表明,KLa随着进气量的提高呈线性增加趋势;固含率对KLa有正反两方面的作用,存在一个较适宜的固含率使氧传质效率达到最高;随升降流区截面积比Ar/Ad的增大,KLa随之提高。基于KLa影响因素的分析对实验数据进行拟合,建立了关于体积传质系数KLa的关联式:Kd=2.23×10-6Reb0.582Ab0.976εs0.016。该关联式预测结果与实验数据吻合良好,对类似流化床反应器的设计有一定参考价值。     

偏氟乙烯乳液聚合的气液传质效果影响因素研究

推导了表征气液传质效果的K值计算方法,并研究了聚合釜装填量、搅拌桨型和转速等因素对气液传质效果的影响。结果表明,随着聚合釜装填量和搅拌转速的增大,K值增大,气液传质效果提高;在搅拌转速大于500r/min的情况下,桨型采用上层二叶平桨、下层二叶斜桨的方式明显比单层的二叶斜桨或二叶平桨的K值大,气液传质效果好。确定了5L釜偏氟乙烯(VDF)乳液聚合必需的良好搅拌效果的条件:装填量3L,搅拌转速700r/min,桨型采用上层二叶平桨和下层二叶斜桨;VDF聚合速率达到115g/(L·h),合成出固体质量分数20%、粒径分布窄、稳定性好的聚偏氟乙烯(PVDF)乳液。     

多腔室气-液-固三相床周期振荡操作的传质特性

采取隔板将传统的气-液-固三相反应器均分成互不相通的多腔室，利用计算机控制电磁阀交替开闭，对各腔室进行周期通气，从而实现反应器的振荡操作，本文研究了振荡周期、操作气速和腔室数对反应器溶氧传质系数的影响．结果表明，振荡周期对溶氧传质系数有很大影响，随腔室数、操作气速的增加，反应器最佳振荡周期明显缩短，不论是双腔室、三腔室还是四腔室，随操作气速的增加，最佳振荡周期均以相同的斜率直线下降，与稳态操作相比，多腔室动态操作可以比较有效地提高反应器的溶氧传质系数．但腔室数对动态操作溶氧传质系数的影响不明显     

分散液相强化微溶气体吸收的研究

在气升式搅拌反应器中,利用水对微溶气体CO2(常压和室温条件)的物理吸收过程,考察加入辛醇(有机分散相)对传质过程中体积传质系数和增强因子的影响。研究辛醇加入体积分数(1%—5%)、搅拌速率(200—700 r/min)、气体流速(350—700 L/min)变化对吸收效果的影响,用插值函数微商法确定体积传质系数。结果表明,向水体系中加入少量辛醇可以明显改善吸收效果,体积传质系数随辛醇加入体积分数的增加呈现先增加后减小的趋势,当辛醇加入的体积分数为4%左右时吸收效果最好。增强因子与CO2分配系数、扩散系数有关,与吸收效果呈线性关系,最大增强因子为2.76。     

大型气升环流反应器加置内件时氧传递规律的研究

研究了用结构简单而实用性强的筛板及折皱丝网组件作为内件,来促进大型气升环流反应器中气泡的分散,改善气液两相的混合,从而强化氧传递过程.文中分析了筛板开孔直径与开孔率对氧传递系数的影响,比较了两种内件效果,讨论了最佳结构尺寸.针对高径比大的气升环流系统提出了测定K_La值的平推流动态模型.模型计算结果与实测数据吻合较好.     

Effect of various parameters on the level of mixing in continuous flow systems

Variations of the level of mixing in a flow system have been investigated as a function of the following parameters: diameter, shape and speed of the agitator, feed rate and position of the feed inlet. At agitator speeds inferior to a critical value, a minimum level of mixing is observed which depends on the position of the feed inlet. At speeds superior to the critical value, the level of mixing increases linearly with agitator speed, at a given feed rate, until conditions of perfect mixing are reached. The critical agitator speed and the position of each straight line depend on the agitator size. A modified Reynolds number makes possible a more general correlation. At a given agitator speed, superior to the critical value, the level of mixing decreases as the feed rate increases, due to the smaller amount of energy imparted by the agitator per unit mass of feed. The effect of agitator shape on the level of mixing is rather pronounced as it affects the flow patterns inside the reservoir.