三相机械搅拌反应器气液传质

摘 要：三相机械搅拌催化反应器当中的宏观反应过程主要有和液相和液固间传质，我们在这一过程中采用的是细颗粒的催化剂，液固表面的面积非常大，液固界面的位置的传质阻力不能准确的估计出来，而气液间的传质过程主要有气相中反应物和产物，其一般是三相催化反应的气体组分在液相介质当中的溶解度并不是很大，气相传质一般是可以不计的，但是在这一过程中必须要充分的考虑到液相传质的影响。

关键词：三相机械搅拌反应器；液相容积传质系数；操作参数

当前，有关固体颗粒粒径、密度等多种固体性质的材料对三相搅拌混合体系传质影响的研究还不是十分的广泛，也不是十分的到位，但是这种研究已经在不断的深入和发展，科学技术也在改进和完善，在这样的情况下，三相机械搅拌反应器气液传质也就可以在更好的背景下求得发展。

1 实验部分

1.1 反应器

实验在内径60mm、高220mm、壁厚5mm的有机玻璃制蝶形底自吸搅拌式反应器中进行，搅拌器由一根不锈钢10mm×2mm空心轴和直径30mm的两圆盘组成，两圆盘外缘加4根肋条，空心轴上端开有2个3mm的小孔，下端两圆盘间亦开有3个2mm小孔，下圆盘离反应器底间隙为20mm，反应器内壁装有4块宽6mm的纵向条形挡板，以增强液相湍动并防止出现旋涡。当自吸式搅拌器以一定速度旋转时，在两圆盘间形成负压，反应器内液面上方的气体由空心轴上端小孔处吸入，沿空心轴向下，并由下端圆盘间小孔鼓出，气泡从桨端逸出，运动至釜壁，被两圆盘边缘的挡板打碎成很小的气泡，分散通过反应器内淤浆床.通过剧烈的搅拌，气体在反应器内形成循环，固体颗粒悬浮在液体中，气体与颗粒充分接触。

1.2 实验条件

实验介质用空气、水、液体石蜡以及黄沙、石英砂、甲醇合成催化剂XNC98.黄沙颗粒密度2609kgm-3，粒径为0.375～0.140mm（40～120目的相邻目数筛孔尺寸的算术平均值），石英砂颗粒密度2426kgm-3，催化剂XNC98颗粒密度1969kgm-3，实验操作条件：表观气速0.10×10-2～1.50×10-2cms-1；固体浓度0～0.34gml-1溶剂；搅拌转速450～1500rmin-1；水和液体石蜡的物性数据来源于大量文献，在实验温度下，25℃时水的黏度0.894×10-3Pas，水的密度997kgm-3，溶解氧在水中的扩散系数2.407×10-9m2s-1，水的表面张力0.07194Nm-1.40℃时液体石蜡的黏度0.01048Pas，液体石蜡的密度837.54kgm-3，溶解氧在液体石蜡中的扩散系数0.6396×10-9m2s-1，液体石蜡表面张力0.02769Nm-1。

1.3 实验流程

在该实验当中主要采用容氧电机动态法去测定KLa，在反应器的上部还要插上溶解氧电极，这样就可以十分有效的测定液相当中实时的含氧量，溶氧仪采用的是专业的溶氧仪，在搅拌转速的控制上，我们采用的是可控直流调速仪进行处理。传质系数测定。

在空气经过了压缩处理之后，要经过减压阀进行减压控制，这样也就能够充分的保证缓冲罐稳压的情况，转子流量计计量，主要是通过反应器顶盖上方的位置进气管引入，在经过了挡板冲击折流之后经过三相搅拌淤浆床，之后再将气体通过放空阀进行防空处理，在开展测定工作的时候，我们首先要通入适量的氮气，此外，其在数量上也要保持在合理的范围当中，使得溶氧仪上的液相氧含量能够降低到满足要求的水平上，对初始含氧量进行科学准确的记录，之后再中止氮气的通入，将三通阀直接切换到通入空气的状态，在看到了空气炮开始进入到搅拌反应器之后，对其进行计时处理，此外还要在这一过程中对液相当中氧的浓度进行记录。

2 实验结果集讨论

分别将水和医用液体石蜡当作液相，在研究的过程中采用单因素法对实验点进行设定，对操作因素和液体性质以及固体颗粒粒径、密度等固体性质在内的无形因素对液相容积传质系数的影响进行研究，在以上的实验条件下一共测定了146个数据。

2.1.1 表观气速与固体浓度的影响

从实验结果上我们可以充分的看出，不论是空气、水、黄沙体系还是空气液体石蜡，该体系在固体浓度处于稳定状态下会随着表观的气速增大而使得液相容积传质系数也不断的增大，同时在同一个表观的气速条件下，液相容积传质系数在这一过程中也能得到显著的提升。

在三相搅拌体系的角度上来讲，固体浓度对液相容积传质系数的影响具有非常明显的复杂性，一方面，因为一定固体物质的加入，使得气液两相占据的空间在不断的减少，这样也就使得企业比表面积都呈现出减小的状态，从而也对传质的过程产生了非常显著的影响，另外，如果悬浮液的表观黏性因为固体物的影响而不断的增大，就会使得固体浓度不断增大的时候，体系的密度和摩擦都呈现出显著的上升的状态，这样也就适当的流体的阻力也一直都呈现出逐渐走高的状态。在搅拌速度完全相同的条件下，使得液体流动的阻力也在这一过程中显著的增加。在搅拌速度完全相同的条件下，液相的湍流强度和气体分散的程度都在不断的减小，气泡合并的速度越来越快，气液表面更新的速率显著的降低，这样也就使得企业表面积在不断的减小。此外，考虑到固体颗粒一直都在每一个气泡的净值当中，其可以十分有效的对气泡的聚集产生一定的抑制作用。另外，企业固体间的速度差也造成了较大的剪切应力，悬浮颗粒和气泡的相对速度是分裂气泡的一个非常有效的动能，颗粒在这一过程中也促进了对气体的分散作用，这样也就使得气液比表面积都得到了显著的提升。而在不同因素的相互作用当中，它主要是要看哪个因素占到了主体的位置。在本文的实验条件之下，固体浓度对传质的影响主要表现为液相容积传质系数会随着固体浓度的增加而不断的增大。

2.1.2 固体性质的影响

分别在空气、水体细和空气液体石蜡体系当中使用黄沙、石英砂和催化剂当作固体，对不同固体性质对液相容积传质系数进行了研究。

在气-液-固三相体系，固体颗粒的存在影响液体循环，改变气泡聚并，从而影响传质性能，究竟导致液相容积传质系数上升还是下降，取决于颗粒粒径、密度、固体浓度以及液相的物理化学性质等因素的综合影响。由实验结果来看不论是水体系还是液体石蜡体系，不同固体的液相容积传质系数是不同的，顺序分别为：黄沙

结束语

在本文实验条件下，对于自吸式机械搅拌三相淤浆反应器，液相容积传质系数随着表观气速、搅拌转速以及固体浓度的增加而增加，随着液体黏度的增加而减小，相同条件下，不同固体颗粒体系的液相容积传质系数不同，液相容积传质系数随固体颗粒粒径的减小而增加；随固体颗粒密度的增加而减小。

参考文献

[1]包雨云，高正明，施力田.多相流搅拌反应器研究进展[J].化工进展，2005（10）.

[2]金仁村，郑平，陈建伟，屠展.三相逆流湍动床气液传质性能的研究[J].生物工程学报，2007（1）.