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氣液固三相體系的攪拌技術

發布日期:2018-7-4 瀏覽次數: 1194次

氣液固三相的攪拌混合行為是指氣體被通入液體中,同時又有固相溶解或生成,或者都參與化學反應的過程。對于有氣體排出的行為一般不需要攪拌。
氣液固三相的攪拌混合行為主要關注的是由攪拌器產生的流型怎樣影響
(1) 分散:容器中的氣體分散受固體顆粒濃度和粒徑分布的影響。
(2) 懸。喝萜髦泄腆w顆粒的懸浮受氣體速率和和氣泡大小的影響。
三相體系常常涉及多個攪拌器的使用,分別實現氣液分散和固液懸浮。
4.1 臨界轉速
在三相混合體系中,存在兩個臨界轉速:氣體分散的臨界轉速和固體顆粒的臨界懸浮轉速。顆粒密度和液體密度的相對大小對臨界轉速的影響十分顯著。當顆粒密度遠大于液體密度時,顆粒懸浮比氣體分散困難,而且通氣對顆粒懸浮產生不利影響。若兩者密度接近時,顆粒的懸浮比氣體的分散容易。而且氣速越大,顆粒懸浮的臨界轉速越小。
4.2 三相攪拌設備
主要包括釜、槳、分布器和擋板等。
釜型多為平底或碟底的直立圓筒容;常用的槳型有直葉圓盤渦輪,上推式斜葉圓盤渦輪,下壓式斜葉圓盤渦輪,上推式斜葉形式渦輪,下壓式斜葉開式渦輪,推進槳,三葉后掠槳等;擋板有平擋板和指形擋板;氣體分布器有單孔垂直管、水平管、水平交又管、分布環、同心分布環簇和錐型分布器,此外采用指形擋板時多用指形擋板兼作分布器。
4.2.1 釜
釜底形狀對顆粒的懸浮影響很大,這是因為攪拌器產生的流型是流線型,平底釜的非流線形狀對攪拌器產生的流型是不利的,可使液流速度降低。而顆粒懸浮的前提是顆粒在釜底的滑移,滑移的動力是流液速度,因此平底釜對顆粒的懸起是不利的,會在釜底中央或釜底邊壁形成沉積的顆粒帶,這些顆粒最難懸浮,故平底釜的懸浮性能比球底釜、碟底釜的差。
同樣氣量時,釜徑越大、氣速越低、氣體對顆粒懸浮的影響越小。
4.2.2 攪拌器
采用直葉圓盤渦輪和上推式斜葉圓盤渦輪時,最后懸起的粒子位于釜底中心附近的環形帶上,而采用下壓式斜葉開式渦輪時則位于釜底壁角上。這說明采用不同攪拌器時,顆粒的懸浮難點和分散途徑是不同的,從流型角度來研究顆粒的懸浮分散是比較合適的。
4.2.3 氣體分布器
有分布器但不通氣時,位于釜底的分布器對顆粒的懸浮造成了很大的阻礙作用,需要更高的轉速才能使顆粒懸起。分布環離釜底的距離過小時不利于粒子的完全懸浮。氣體分布環的直徑越大、環上開孔越多,臨界轉速就越低,這是因為采用大分布環時從環孔噴出的氣泡相對來說速度較低,孔數越多,從環孔噴出的氣泡速度也越低,對釜底的顆粒懸起影響較小。
4.3 操作工藝條件
從臨界分散轉速角度看,不同工藝條件時最佳的結構變量是不同的,低氣量時下壓式渦輪不錯,高氣量時上推式渦輪最好,這是由于氣量很高時氣升作用很強,只有把氣升作用與攪拌作用協調起來才能取得最佳的效果。
此外,各種氣體分布環中以大分布環為優。
4.4 典型的氣液固三相攪拌反應
液相催化加氫是典型的氣液固三相攪拌反應,液相加氫技術已廣泛代替鐵粉、硫化堿、水合肼等傳統還原法,可減少三廢排放90%以上,并提高了產品收率與質量。該技術主要用于炔烴、芳烴和含氰基、硝基、亞胺基、羰基等不飽和化合物的還原。
液相催化加氫中,氣相為氫氣,固相為催化劑顆粒。在各種加氫設備中,最為典型的是自吸式攪拌器和軸流槳的組合。反應器示意圖見下圖。
由于通入的氫氣相對有限,這可能會嚴重制約反應速率的提高,使用自吸式攪拌機將釜內液面上的氫氣重新吸入并分散于液相,可大幅度提高氣含率和氣液相的接觸面積,從而達到提高反應速率的目的。
如果液體較深的話,自吸式攪拌器的吸氣效果和對氣體的分散效果會大大降低,此時需要配以軸流槳以改善流型、增加吸氣及氣體分散效果。
自吸式攪拌器和軸流槳的組合式反應器的典型應用有對氨基甲苯、間氨基甲苯、3,3'-二氯聯苯胺(DCB)、天然VE轉型、鄰氨基苯甲醚、對氨基苯甲酸乙酯(苯佐卡因)、EDB、脂肪氨、異丙甲草胺、普魯卡因、鄰氨基對叔丁基苯酚等。

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