降低臨界轉速的自吸式攪拌槳設計

鞠凡

（遼寧石化職業技術學院， 遼寧 錦州 121001）

工業上很多氣液傳質過程發生在攪拌釜中[1]。在密閉反應器中，實現氣體良好分散到液相中的方法主要有兩種：安裝氣體分布器或采用自吸式攪拌槳[2]。與傳統的氣體分布系統相比，自吸式攪拌槳不需要氣體壓縮機，設備投入成本低，操作和維護費用少。如果使用純凈或者有毒氣體，為提高氣體利用率，在無氣體外循環狀況下，自吸式攪拌槳氣液傳質優勢更加明顯[3,4]。自吸式攪拌槳最早應用于20世紀50年代的泡沫浮選，現在已經廣泛應用于加氫、烷基化、乙氧基化、氨解、氯化、純凈氣體氧化、氫氯化等反應裝置[5]。

攪拌槳轉動時攪拌槳表面的壓力會下降。當攪拌轉速達到一定值時，出氣孔處的壓力與反應器上部氣體的壓力相等。如果攪拌轉速進一步提高，氣體開始吸入。這個轉速值稱為氣體吸入的臨界攪拌轉速Nc[6-8]。如果轉速低于臨界轉速，就沒有氣體吸入[5]。近四十年來，自吸式攪拌槳的吸氣機理得到了廣泛的研究[3,6,9]。氣體開始吸入氣體的臨界轉速，除了與葉輪以上的液體高度有關，還與出氣孔位置有關。在同樣的條件下，出氣孔位置距離攪拌軸越遠，臨界轉速越低[7,9]。在較早的研究中，我們提出了一個數學模型，臨界轉速可簡化為：

其中h為液體深度，d為出氣孔處的攪拌槳直徑，K為速度損失系數[10]。參數K包含了液體摩擦與葉輪轉動時的液體滑移因素。其中的K可以由實驗數據方便地計算出來。對于指定的h值，臨界轉速Nc隨著d和K值的增加而下降[10]。……