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氣液固三相的攪拌混合行爲是指氣體被(bèi)通入液體中,同時(shí)又有固相溶解或生成(chéng),或者都(dōu)參與化學(xué)反應的過(guò)程。對(duì)于有氣體排出的行爲一般不需要攪拌。
氣液固三相的攪拌混合行爲主要關注的是由攪拌器産生的流型怎樣(yàng)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) 懸浮:容器中固體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,分别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(liǎng)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(duì)大小對(duì)臨界轉速的影響十分顯著。當顆粒密度遠大于液體密度時(shí),顆粒懸浮比氣體分散困難,而且通氣對(duì)顆粒懸浮産生不利影響。若兩(liǎng)者密度接近時(shí),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、分布器和擋闆等。
釜型多爲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(kāi)式渦輪,推進(jìn)槳,三葉後(hòu)掠槳等;擋闆有平擋闆和指形擋闆;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,此外采用指形擋闆時(shí)多用指形擋闆兼作分布器。
4.2.1 釜
釜底形狀對(duì)顆粒的懸浮影響很大,這(zhè)是因爲攪拌器産生的流型是流線型,平底釜的非流線形狀對(duì)攪拌器産生的流型是不利的,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(duì)顆粒的懸起(qǐ)是不利的,會(huì)在釜底中央或釜底邊壁形成(chéng)沉積的顆粒帶,這(zhè)些顆粒**難懸浮,故平底釜的懸浮性能(néng)比球底釜、碟底釜的差。
同樣(yàng)氣量時(shí),釜徑越大、氣速越低、氣體對(duì)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(shí),**後(hòu)懸起(qǐ)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(kāi)式渦輪時(shí)則位于釜底壁角上。這(zhè)說(shuō)明采用不同攪拌器時(shí),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适的。
4.2.3 氣體分布器
有分布器但不通氣時(shí),位于釜底的分布器對(duì)顆粒的懸浮造成(chéng)了很大的阻礙作用,需要更高的轉速才能(néng)使顆粒懸起(qǐ)。分布環離釜底的距離過(guò)小時(shí)不利于粒子的完全懸浮。氣體分布環的直徑越大、環上開(kāi)孔越多,臨界轉速就(jiù)越低,這(zhè)是因爲采用大分布環時(shí)從環孔噴出的氣泡相對(duì)來說(shuō)速度較低,孔數越多,從環孔噴出的氣泡速度也越低,對(duì)釜底的顆粒懸起(qǐ)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(shí)**佳的結構變量是不同的,低氣量時(shí)下壓式渦輪不錯,高氣量時(shí)上推式渦輪**好(hǎo),這(zhè)是由于氣量很高時(shí)氣升作用很強,隻有把氣升作用與攪拌作用協調起(qǐ)來才能(néng)取得**佳的效果。
此外,各種(zhǒng)氣體分布環中以大分布環爲優。
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(hái)原法,可減少三廢排放90%以上,并提高了産品收率與質量。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(hái)原。
液相催化加氫中,氣相爲氫氣,固相爲催化劑顆粒。在各種(zhǒng)加氫設備中,**爲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(duì)有限,這(zhè)可能(néng)會(huì)嚴重制約反應速率的提高,使用自吸式攪拌機將(jiāng)釜内液面(miàn)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(miàn)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(duì)氣體的分散效果會(huì)大大降低,此時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)叔丁基苯酚等。
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