攪拌反應器中氣液分散特性研究

王佳男 馮大龍(浙江省天正設計工程有限公司，浙江 杭州 30012)

1 對攪拌反應器進行試驗

實驗裝置。選用的攪拌反應器的橢圓底不銹鋼攪拌槽表面加有特定的保溫層，攪拌槽的直徑為0.48m，槽內均勻布置四塊擋板，我們在這種攪拌槽中進行實驗。實驗所用的攪拌槳是通過實驗專門配套的實驗裝置，非常適合本次實驗的使用。

試驗方法。本次實驗中利用利用空氣流量計進行計量空氣流量，加工實驗所用的氣量控制在常溫氣量范圍之內。攪拌反應器的攪拌轉速為5r/s左右，采用精密的溫度計對其中的溫度進行測量，并且利用德國科隆公司生產的雷達液位計來測定通氣前后攪拌槽內的液位，并用下面的公式進行計算氣含率：

實驗物料。實驗所用的氣相是壓縮空氣，液相是用去離子水以及去離子水配制的各種實驗所需濃度的硫酸鈉溶液。

2 實驗結果以及探討

2.1 對實驗攪拌功率的分析

硫酸鈉濃度對攪拌功率影響的分析。（1）將氣體通入攪拌槽內后，根據相關測量儀器顯示，氣液兩相體系中的攪拌功率低于純液相的攪拌功率。在攪拌轉速相同時，通氣后的功率消耗明顯降低，低于未通氣時的功率消耗，我們將通氣消耗功率/未通氣消耗功率來表示通氣流量對通氣功率的影響。小于1的時候，兩者的比值越小，就表示通氣后攪拌功率下降的更加厲害，攪拌槳的工作效率就相應的降低，就不利于氣液分散混合。（2）在攪拌反應器攪拌轉速不相同，其他條件不變的情況下，硫酸鈉溶液濃度對功率的影響。通氣消耗功率/未通氣消耗功率的比值隨著硫酸鈉濃度的升高將會越來越低，當硫酸鈉溶液的濃度大于0.2時，兩者的功率比值將不再變化；當濃度達到0.5時，兩者的比值約為去離子水體系中的百分之九十二。

在沒有通氣的條件下，硫酸鈉溶液中的攪拌功率大于去離子水中，造成這個現象的原因是以為硫酸鈉溶液的密度不斷升高導致的。通氣之后，攪拌功率會隨著氣速的增大而逐漸變小，最后就會小于去水離子體系，造成這種結果的原因是因為氣液分散效果比去水離子好，隨著氣速的不斷增大，硫酸鈉氣體含量就會變大，密度就會小于去水離子體系。

溫度和攪拌功率。根據繪制的表格分析，在溫度不相同時，通氣消耗功率/未通氣消耗功率的壁紙將會隨著變化。在通氣量相同的情況下，溫度越高，兩者的功率消耗比值就越大。原因是溫度升高，水得粘度變小，造成體系中氣泡較大的氣泡由液相中溢出，攪拌槳中的氣含率降低，體系因氣泡較少而平均密度較高，這就導致比值變大。

2.2 對實驗氣含率的分析

硫酸鈉濃度對氣含率影響的分析。氣含率是攪拌槽液體內所含有的氣體體積，攪拌反應器的體積、結構、物料提留時間、反應時間以及攪拌槳位置等進行實驗時，應該了解氣含率的大小，用最適合的氣含率進行工作。在分析氣含率與攪拌功率時，我們必須要知道機械能PT、通氣后的攪拌功率Pg、排開液體時能Pc之和，即PT=Pg+Pe，Pe由下式計算：

不同的攪拌功率下的硫酸鈉濃度越高，氣含率就會升高；上升的趨勢會隨著濃度的升高而減緩。當硫酸鈉濃度達到0.5的時候，氣含率比去水離子體系增大了百分之四十八。

溫度對氣含率的影響分析。通過實驗分析，在硫酸鈉濃度及通氣速率不變的條件下，氣含率會隨著溫度的升高而變低。這是因為溫度升高之后，液體粘度就會降低，氣泡就會更容易形成，而且會很大；在相同的攪拌速率下，溫度在升高的時候，會在低壓區產生大量的水蒸氣。所以在相同通氣的情況下，溫度高的通氣量就比常溫通氣量大，氣泡在上升時速度就會增大，停留的時間就比較小，導致氣含率變低。

2.3 結語

在以硫酸鈉作為電解質進行實驗時，通氣消耗功率/未通氣消耗功率的比值明顯的比去水離子體系小，而且比值將會隨著硫酸鈉濃度升高而變低，當硫酸鈉濃度大于0.2的時候，通氣消耗功率/未通氣消耗功率的比值將會隨著濃度的變化而減小；硫酸鈉濃度達到0.5的時候，兩者的比值約為去水離子體系的百分之九十二。體系中的氣含率隨著氣速以及轉速的增大而增大，還會隨著硫酸鈉溶液濃度升高而變大，但是上升的趨勢將會隨著濃度的升高而減緩，濃度達到0.5的時候，氣含率比水離子體系大百分之四十八。

3 結語

攪拌反應器的應用在現實生活中非常的廣泛，具有非常高的使用價值，應該將它的功能給徹底挖掘出來。為了將攪拌反應器的作用給挖掘出來，我們對它的氣液分散特性進行了研究，從而從根本上研究它的工作效率，發揮其最大價值。

[1].龍建剛.攪拌槽內的企業分散特性研究[J].北京化工大學學報.2005，1-5.

[2].高正明.攪拌槽內非常溫體系的氣含率分布[J].化工學報.2000.