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高粘度非牛顿流体中气液固三相混合问题的研究

苗伟  
【摘要】: 下沉颗粒的三相混合问题包括气体的分散和固体的悬浮。生产中大量高粘物料的出现,给混合体系的传质带来了很大的困难,迫切需要开发适应多相高粘混合体系的机械搅拌系统。本文首先对单层桨三相体系中搅拌器的性能进行了考察,特别是气液分散性能、固液悬浮性能。根据单层搅拌器考察的结果,采取底层用径流式搅拌器,上层用混合流(主要为轴向流,有部分径向流)搅拌器的原则,组成双层组合桨在黄原胶水溶液中进行各种组合桨性能的考察。 对在三相体系中测定的六种搅拌器的功率特性、气含率、固含率以及固体悬浮均匀度特性进行了分析比较。可以看出,从降低功耗和获得高气含率方面,六凹叶圆盘涡轮式搅拌器在功耗显著降低的基础上又有效的解决了通气条件下的功耗降问题,并且具有较高的气含率,是值得推广的桨型。从获得液面处的高固含率和固体悬浮均匀度,应选用六叶布鲁马金式搅拌器。从降低功耗、高气含率以及优良固体悬浮角度综合考虑的话,六叶布鲁马金式搅拌器具有明显的优势。建议对此搅拌器进行进一步的研究,应用到工业生产中。 对两层组合桨在不同浓度黄原胶水溶液中的混合性能进行了研究。实验结果表明:在高浓度的黄原胶水溶液中,底层搅拌器加大直径后更容易获得高的气含率和容积传氧系数。在所有桨组合中,双折叶下压圆盘涡轮—六叶布鲁马金组合桨具有低功耗、高气含率、高容积氧传质系数的特性。此种机械搅拌系统在黄原胶发酵生产中应用后,黄原胶的产量、发酵液的粘度、淀粉的转化率都有明显提高。可见,此种机械搅拌系统比传统机械搅拌系统具有明显的优势。本文还对气体分布器进行了改进,得到了分散得更加细密的气泡,并且体系的容积氧传质系数得到很大提高。


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