提高攪拌效率工藝革新
液滴破碎是實現(xiàn)液液非均相充分混合的前提條件，研究液滴的破碎機理可以為提高設(shè)備的混合及分離效率提供理論依據(jù)。液液兩相系統(tǒng)進(jìn)行混合時，常處于湍流狀態(tài)，在此情況下存在著兩相的相互作用。分散相對連續(xù)相湍流的阻尼作用可使其湍動強度減弱，而連續(xù)相的湍流脈動則可使分散相液滴破碎，大量液滴破碎為更小的液滴后才能形成很大的接觸面積。
液液旋流器中導(dǎo)致液滴破碎1的因素主要有兩點：（1）速度梯度引起的粘性剪切力；（2）湍流產(chǎn)生的瞬時剪切力和局部壓力波動（雷諾剪切應(yīng)力）。在旋流器的正常工作條件下，液滴與連續(xù)相之間的相對速度不會太大，由于速度梯度而產(chǎn)生的粘性剪切力對液滴破碎的影響較小，其主要作用是使液滴發(fā)生變形而不是破碎。因此，流場的湍流特性是使液滴發(fā)生破碎的決定因素。當(dāng)液滴在湍流場中的振動動能大至足以抵消破裂后所增加的表面能時，其形狀將變得極不穩(wěn)定。相對于平衡的球形將發(fā)生改變，長短徑的比值增大并趨于無窮大時，液滴破裂成兩個或更多的小液滴。因而，液滴振動動能與表面能的比值Weber數(shù)常用來作為液液旋流器中液滴破碎的判據(jù)。當(dāng)該值超過一定的臨界值時，液滴將變得不穩(wěn)定而發(fā)生破碎。
在液液分散系統(tǒng)中，由于速度脈動的存在，液滴之間總會發(fā)生碰撞，繼而聚并或分開。碰撞的過程可以看成是兩液滴間連續(xù)相液膜排液的過程。而發(fā)生碰撞的液滴是立即合并還是再度分隔開來則取決于液膜排液直至破裂的時間（聚并時間）以及液滴的接觸時間。即發(fā)生碰撞的兩液滴的接觸時間大于聚并時間才會使兩液滴聚并。液滴聚并速率對液液萃取、反應(yīng)等多相體系的傳質(zhì)過程有重要影響，體系中存在的界面張力梯度，對液滴間液膜的外泄、變薄產(chǎn)生阻礙作用，導(dǎo)致出現(xiàn)界面不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)而對液滴的聚并速率產(chǎn)生延緩影響。
大多數(shù)化工生產(chǎn)過程中的液液混合屬于中低粘度混合，混合設(shè)備的作用在于有效提供能量使流體間形成很大的接觸面積而實現(xiàn)混合。應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的液液混合設(shè)備主要有攪拌釜、靜態(tài)混合器、射流混合器、撞擊流混合器以及纖維液膜混合器等。攪拌釜是一種常見的液液混合設(shè)備，按攪拌器的工作原理可分為兩大類。一類是旋槳式攪拌釜，液體在攪拌釜內(nèi)主要做軸向和切向運動；另一類是渦輪式攪拌釜，液體在攪拌釜內(nèi)主要做徑向和切向運動。前者具有流量大、壓頭低的特點。已經(jīng)工業(yè)化的硫酸法C4烷基化工藝是煉油行業(yè)中生產(chǎn)高辛烷值汽油組分的主要方法之一，其核心反應(yīng)設(shè)備就是一種臥式液液攪拌釜。該反應(yīng)器由美國Stratco公司開發(fā)成功，采用旋槳攪拌方式實現(xiàn)硫酸與液態(tài)烴類的混合。其外殼是一個臥式耐壓容器，內(nèi)部由攪拌槳、U型換熱管束和內(nèi)循環(huán)夾套組成。
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