连续高速分散混合器内微观混合性能的研究

论文摘要

因为许多单相化学反应的反应速度相当快,因此反应开始前反应物料在分子尺度上的混合（微观混合）对产物分布有及其重要的影响。只有能提供足够高的局部能量耗散率的搅拌装置才可以减弱这种影响,但是传统的搅拌反应器器难以获得高强度的局部混合以避免分子尺度的离集,从而使本来希望避免的副反应发生。因此,鉴于微观混合对一些快速复杂反应过程的重要影响,为了尽可能的提高目标产物的转化率,谋求最大的经济效益,应选择适合这些反应过程的反应器。所以对化学反应器的微观混合性能进行研究是十分重要和必需的。连续高速分散混合器具有超高线速度和超高剪切速率等特点,近年来广泛应用于快速粉碎、分散乳化和快速化学反应等工业过程中,但其在设备设计和性能预测等方面仍存在基础知识上的不足。为此,本文采用YSTRAL公司的Conti-TDS-3型连续高速分散混合器,以碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系作为分子探头,着重考察了加料时间、转子转速、定子结构等因素对产物分布的影响,结果表明：在转速为1200～1800r·min-1范围内,离集指数随转速增加而上升,转速超过1800r·min-1之后,离集指数随转速增加而下降,最低可达0.047；在相同的循环次数下,1号定子具有最佳的微观混合效果,2号定子次之,无定子情况下微观混合性能最差；采用团聚模型,计算出连续高速分散混合器内微观混合特征时间在10-3～10-4s数量级,远小于常规的搅拌反应器。鉴于单级定转子混合器内大量流体会发生绕流,本文对FLUKO三级定转子混合器的微观混合性能也进行了部分研究。本文的研究结果对于连续高速分散混合器的优化设计具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 微观混合的基本理论
• 1.2 微观混合研究的发展历程
• 1.2.1 微观混合的机理
• 1.2.2 微观混合的模型
• 1.2.2.1 主要的经验模型
• 1.2.2.2 主要的机理模型
• 1.2.3 微观混合的实验研究方法
• 1.2.3.1 竞争串联反应
• 1.2.3.2 竞争平行反应
• 1.3 定子-转子式混合器微观混合的研究
• 1.4 本课题的研究意义和研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 实验装置与分析方法
• 2.1 反应体系的选择
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 YSTRAL Conti-TDS-3型连续高速分散混合器
• 2.2.2 FLUKO FDX-3型连续高速分散混合器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 反应溶液的配制
• 2.3.2 变频器转速读数的标定
• 2.3.3 电磁流量计流量标定
• 2.3.4 实验步骤
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 分光光度计的使用
• 2.4.1.1 分光光度计的原理
• 2.4.1.2 分光光度计的使用步骤
• 3^-摩尔消光系数的确定'>2.4.2 I₃^-摩尔消光系数的确定
• 2.4.3 离集指数的计算
• 2.5 微观混合时间的计算
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 YSTRAL连续高速分散混合器
• 3.1.1 不同定子下转速对流量的影响
• 3.1.2 加料时间对离集指数的影响
• 3.1.3 酸浓度对离集指数的影响
• 3.1.4 转速对离集指数的影响
• 3.1.5 体积比对离集指数的影响
• 3.1.6 定子结构形式对离集指数的影响
• 3.1.7 固定流量下转速对离集指数的影响
• m与离集指数X_s的关系'>3.1.8 微观混合特征时间t_m与离集指数X_s的关系
• 3.2 FLUKO FDX-3型三级定转子混合器
• 3.2.1 不同定转子组合下转速对流量的影响
• 3.2.2 加料时间对离集指数的影响
• 3.2.3 转速对离集指数的影响
• 3.2.4 固定流量下转速对离集指数的影响
• 第四章 主要结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 附件