多层桨气—液搅拌槽内气泡尺寸及局部气含率研究

论文摘要

气液搅拌槽反应器广泛用于各种过程的工业中。对多层桨气液搅拌槽的已有研究主要集中在宏观特性方面,如通气功率,临界悬浮以及整体气含率等。近年来有学者对组合桨HEDT+2WHU搅拌槽内的局部气含率分布进行研究,但对于其中的气泡尺寸分布等研究还不充分；对于HEDT+2WHD组合桨气液搅拌槽的研究还仅限于宏观特性研究,对搅拌槽内局部气含率分布、气泡尺寸等的研究还属空白。本文实验在直径T=0.476 m,液位H=0.857m的椭圆底全挡板搅拌槽中进行,搅拌桨采用半椭圆管盘式涡轮（HEDT）为底桨,宽叶翼形桨（WHU）为中、上层桨。系统研究HEDT+2WHU搅拌槽内的气泡尺寸分布及其与通气量、搅拌转速等的关系,深入了解上提式操作模式多层桨体系内的气液流动状态。研究结果表明：气-液搅拌槽体系内的气泡空间分布很不均匀。常温及非常温条件下,气泡尺寸都随通气量的增加而增大,但是气泡尺寸随搅拌转速的增加略有减小；并且高温时操作条件对气泡尺寸的影响效果减小。温度变化对气泡尺寸空间分布也有重要的影响作用,整体气泡尺寸随温度升高而明显增大。本文还对HEDT+2WHD下压操作模式的组合桨体系内局部气含率分布特性进行研究,结果表明：局部气含率随表观气速增大明显增加,但沿轴向分布趋势比较均匀。通过与HEDT+2WHU的局部气含率分布对比表明,两种操作模式下的平均气含率接近,但组合桨下压操作时的局部气含率分布较上提操作组合桨更加均匀。通过PIV方法可以清楚显示两种组合桨体系内的不同流场分布,并依此对两种操作模式下局部气含率分布差别进行讨论。本文的研究结果对于工业中气.液两相搅拌反应器的设计和操作具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 多相流搅拌设备在工业中的应用
• 1.1.1 气-液两相搅拌槽反应器的研究进展
• 1.1.2 气-液-固三相搅拌槽反应器的研究进展
• 1.2 搅拌桨型的研究进展
• 1.3 多相流体系中的测试方法
• 1.3.1 照相法
• 1.3.2 图象处理技术
• 1.3.3 光导法
• 1.3.4 光电法
• 1.3.5 电导探针法
• 1.4 局部气含率特性的研究
• 1.4.1 气-液两相局部气含率
• 1.4.2 气-液-固三相局部气含率
• 1.5 搅拌设备中气泡尺寸分布的研究
• 1.5.1 气泡特性的研究
• 1.5.2 气-液两相搅拌槽中的气泡尺寸分布的研究
• 1.6 小结
• 1.7 论文的主要研究内容
• 第二章 实验装置及实验测试技术
• 2.1 实验装置及流程
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验物系
• 2.1.3 实验流程及操作步骤
• 2.1.4 实验所用设备及仪器
• 2.2 测试方法及数据处理
• 2.2.1 搅拌转速
• 2.2.2 搅拌功率的测定
• 2.2.3 气泡尺寸
• 2.2.4 局部气含率
• 2.2.5 粒子图像测速法（PⅣ）
• 2.3 热态总气量的确定
• 第三章 气泡尺寸分布的测定
• 3.1 测量的前期准备工作
• 3.1.1 实验测量点的设定
• 3.1.2 实验测量点方向的设定
• 3.2 气泡弦长分布
• 3.2.1 气泡弦长分布分析
• 3.2.2 气泡弦长尺寸概率密度的空间分布
• 3.3 计算平均气泡直径
• 3.3.1 标定曲线法
• 3.3.2 数学重构法
• 3.4 常温24℃下操作条件对气泡尺寸分布的影响
• 3.4.1 气量对搅拌槽内气泡尺寸分布的影响
• 3.4.2 转速对搅拌槽内气泡尺寸分布的影响
• 3.5 热态81℃下操作条件对气泡尺寸分布的影响
• 3.5.1 气量对搅拌槽内气泡尺寸分布的影响
• 3.5.2 转速对搅拌槽内气泡尺寸分布的影响
• 3.6 不同温度对搅拌槽内气泡尺寸分布的影响
• 3.7 气-液-固三相搅拌槽内气泡尺寸分布
• 3.8 本章小结
• 第四章 局部气含率的测定
• 4.1 前期探索实验
• 4.1.1 采集气泡数个数
• 4.1.2 气泡采集频率
• 4.2 局部气含率
• 4.2.1 通气量对局部气含率分布的影响
• 4.2.2 径向位置对局部气含率分布的影响
• 4.3 两种操作方式的对比
• 4.3.1 局部气含率对比
• 4.3.2 总体气含率及平均气含率对比
• 4.3.3 分散系数对比
• 4.3.4 PⅣ测量结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 主要结论
• 第六章 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师及作者简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书