锈蚀反应器内气-液-固三相搅拌性能研究

作     者：张朝阳 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵秋月

授予年度：2020年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：气-液-固三相 临界悬浮 搅拌功率 设备放大 

摘      要：人造金红石是天然金红石的优质替代品,还原锈蚀法是制备人造金红石的方法之一,其优点是污染少而成本低,但该方法反应时间长,反应效率低。为此,本研究受某企业委托,模拟还原锈蚀体系,从提高反应器多相搅拌性能角度强化锈蚀反应过程。采用相似原理和因次分析等方法分别研究了搅拌桨型、通气量、搅拌转速等操作参数对固-液两相、气-液两相、气-液-固三相的搅拌性能的影响。得到主要结论如下:(1)固-液两相搅拌体系中,四叶搅拌桨、三叶搅拌桨、六弯叶搅拌桨所需要的临界悬浮转速分别为212 rpm、224 rpm、325 rpm。若视颗粒均匀度在0.9～1.1之间即达到混合均匀状态,则四叶搅拌桨在桨叶距底高度为T/6,搅拌转速为400～450rpm,可以使固体颗粒处于均匀悬浮状态。(2)气-液两相搅拌体系中,通气量在1.0～2.5 m3·h-1的范围内,相对于六弯叶搅拌桨,四叶搅拌桨具有更好的气液分散性能,气泡平均直径减小约20%,局部气泡数量增多约30%。随着通气量的增大,泛点转速也随之正比例增大,局部气泡数量增多约30%。出气孔直径为0.01 mm比出气孔直径为1 mm具有更好的气泡分散,反应器内气泡数量明显增多。(3)气-液-固三相搅拌体系中,在通气量(1.0～2.5 m3·h-1)相同的条件下,临界悬浮转速从小到大的搅拌桨桨型依次为四叶搅拌桨、三叶搅拌桨、六弯叶搅拌桨。当搅拌桨型不变时,临界悬浮转速随通气量成正比例增大。当其他操作条件不变时,相对搅拌功率RPD随通气量的增大而减小,但是减小的幅度随通气量的增大而减小,并逐渐趋于稳定。在出气孔直径为1mm和出气孔直径为0.01 mm两种通气方式下,临界悬浮转速几乎不变,相对于出气孔直径为0.01 mm,出气孔直径为1 mm临界悬浮功率减小40%。采用四叶搅拌桨,通气量为1.0～2.5 m3·h-1范围内,分别在直径为400mm、500mm和600mm的搅拌反应器内进行实验,经拟合得到临界悬浮转速N与搅拌反应器直径D的关系为:NL=NS(DS/DL)0.805(4)影响搅拌功率的因素有:搅拌转速、搅拌桨直径、搅拌桨叶距底距离、进气口的气体速度、混合液的密度、重力加速度等,结合实验数据对其进行因次分析,可得到有关功率的经验表达式:P=0.387ug-0.241N2.84