提高搅拌效率工艺革新

提高搅拌效率工艺革新

 

液滴破碎是实现液液非均相充分混合的前提条件，研究液滴的破碎机理可以为提高设备的混合及分离效率提供理论依据。液液两相系统进行混合时，常处于湍流状态，在此情况下存在着两相的相互作用。分散相对连续相湍流的阻尼作用可使其湍动强度减弱，而连续相的湍流脉动则可使分散相液滴破碎，大量液滴破碎为更小的液滴后才能形成很大的接触面积。

 

　　液液旋流器中导致液滴破碎1的因素主要有两点：（1）速度梯度引起的粘性剪切力；（2）湍流产生的瞬时剪切力和局部压力波动（雷诺剪切应力）。在旋流器的正常工作条件下，液滴与连续相之间的相对速度不会太大，由于速度梯度而产生的粘性剪切力对液滴破碎的影响较小，其主要作用是使液滴发生变形而不是破碎。因此，流场的湍流特性是使液滴发生破碎的决定因素。当液滴在湍流场中的振动动能大至足以抵消破裂后所增加的表面能时，其形状将变得极不稳定。相对于平衡的球形将发生改变，长短径的比值增大并趋于无穷大时，液滴破裂成两个或更多的小液滴。因而，液滴振动动能与表面能的比值Weber数常用来作为液液旋流器中液滴破碎的判据。当该值超过一定的临界值时，液滴将变得不稳定而发生破碎。

 

　　在液液分散系统中，由于速度脉动的存在，液滴之间总会发生碰撞，继而聚并或分开。碰撞的过程可以看成是两液滴间连续相液膜排液的过程。而发生碰撞的液滴是立即合并还是再度分隔开来则取决于液膜排液直至破裂的时间（聚并时间）以及液滴的接触时间。即发生碰撞的两液滴的接触时间大于聚并时间才会使两液滴聚并。液滴聚并速率对液液萃取、反应等多相体系的传质过程有重要影响，体系中存在的界面张力梯度，对液滴间液膜的外泄、变薄产生阻碍作用，导致出现界面不稳定现象进而对液滴的聚并速率产生延缓影响。

 

　　大多数化工生产过程中的液液混合属于中低粘度混合，混合设备的作用在于有效提供能量使流体间形成很大的接触面积而实现混合。应用于工业生产的液液混合设备主要有搅拌釜、静态混合器、射流混合器、撞击流混合器以及纤维液膜混合器等。搅拌釜是一种最为常见的液液混合设备，按搅拌器的工作原理可分为两大类。一类是旋桨式搅拌釜，液体在搅拌釜内主要做轴向和切向运动；另一类是涡轮式搅拌釜，液体在搅拌釜内主要做径向和切向运动。前者具有流量大、压头低的特点。已经工业化的硫酸法C4烷基化工艺是炼油行业中生产高辛烷值汽油组分的主要方法之一，其核心反应设备就是一种卧式液液搅拌釜。该反应器由美国Stratco公司开发成功，采用旋桨搅拌方式实现硫酸与液态烃类的混合。其外壳是一个卧式耐压容器，内部由搅拌桨、U型换热管束和内循环夹套组成。