新型管式攪拌反應(yīng)器的氣液傳質(zhì)特性

李天賜 ,趙秋月 ,朱帥 ,鄭明昭 ,張廷安,3

(1.東北大學(xué)冶金學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110819；2.多金屬共生礦生態(tài)化冶金教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽(yáng) 110819；3.中鋁東南材料院(福建)科技有限公司,福建 福州 350015)

多相反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于生物、化工、冶金、環(huán)境等過(guò)程工業(yè)[1-4]。用于增強(qiáng)多相體系混合與傳質(zhì)的多相反應(yīng)器類型多樣,包括攪拌反應(yīng)器、微通道反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)填充床、高剪切混合器等[5]。其中,攪拌反應(yīng)器因其應(yīng)用性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝方便等特點(diǎn)得到普遍應(yīng)用。

在涉及氣液兩相參與的多相反應(yīng)中,攪拌影響氣液均質(zhì)化程度、混合質(zhì)量、功耗和傳質(zhì),進(jìn)而影響實(shí)際的反應(yīng)進(jìn)程[6]。在上述各因素中氣液傳質(zhì)速率是限制反應(yīng)速率的主要因素[7]。體積傳質(zhì)系數(shù)kLa的增強(qiáng)可以通過(guò)增加氣液傳質(zhì)系數(shù)項(xiàng)(kL)和增加氣液界面面積項(xiàng)(a)來(lái)實(shí)現(xiàn)。kL值受多種因素影響,如氣體擴(kuò)散率、液體介質(zhì)的密度和黏度以及氣液親和力等[8-10],受實(shí)際反應(yīng)過(guò)程影響,上述參數(shù)難以改變,增加氣液界面面積成為增強(qiáng)kLa的高效手段[11]。研究人員常通過(guò)引入添加劑和優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的方式,增大氣液接觸面積提高kLa[12]。但實(shí)際的反應(yīng)體系總是伴隨著各類的化學(xué)反應(yīng),沒(méi)有一種通用的添加劑可以適用于各個(gè)體系。

潘勤敏等[13]通過(guò)對(duì)管式攪拌反應(yīng)器的氣液傳質(zhì)特性進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)管式攪拌反應(yīng)器進(jìn)行傳質(zhì)所需的攪拌轉(zhuǎn)速低于立式攪拌釜,且管式反應(yīng)器的氣液傳質(zhì)面積及其分布均勻度較立式攪拌釜有明顯提高,實(shí)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同的功率下,管式攪拌反應(yīng)器的傳質(zhì)系數(shù)比立式攪拌釜的高出約一個(gè)數(shù)量級(jí)。……