·56· 工程科学学报，第39卷，第1期 与工业上参数对比如表1所示 最易堆积区域，因此也可以根据该区域的颗粒状态判 表1实验与工业参数对比 定整个槽底部颗粒悬浮与混合情况 Table 1 Comparison between experimental parameters and industrial 利用底部观察法对搅拌槽内颗粒的临界悬浮转速 parameters 进行判定.Zwieteringt]在l958年提出临界悬浮转速 参数 数值 的概念，并作如下阐述 CaCl2溶液密度/(kg°m3) 1325 (1)完全离底悬浮：所有颗粒都在槽底上方运动， CaCl,溶液黏度/(Pa·s) 7×10-3~9×10-3 颗粒在槽底的停留时间不超过1~2$ 玻璃珠密度/(kg“m3) 2380 (2)临界悬浮转速：使固体颗粒刚好完全均匀悬 玻璃珠粒径/μm 20-200 浮时的最小叶轮转速. 铝酸钠溶液密度/(kgm3) 1330 根据此判据对临界悬浮转速进行判定便于实施， 铝酸钠溶液黏度/(mPa·s) 4-9 所以也得到比较广泛的应用4-) A1(0H)3颗粒密度/(kgm3) 2430 2实验结果与分析 AI(OH),颗粒粒径/μm 20~150 平均固体质量浓度，c(gL) 2.1底部均匀度 800 搅拌槽直径，T/m 图3所示为不同搅拌转速下，底部均匀度(c/c) 0.425 液位.H/m 0.4 随桨叶离底距离的变化关系.在搅拌转速较小时(130 r·min1),随着桨叶离底的增大，底部均匀度变大.这 搅拌桨直径，D (0.624~0.715)T 是由于在搅拌桨的搅动下，槽底部流体会沿着挡板底 桨叶离底距离，C (0.024~0.118)T 部的弧形斜面向上运动，到达上部后再沿中心循环至 搅拌转速，N/(r.min-1) 130~150 底部，形成轴向的二次环流.当桨叶离底距离增大后， 挡板宽度，B 0.085T 挡板底部弧形斜面与搅拌桨的作用减弱，槽底部颗粒 l.2 ntermig搅拌桨 受到的悬浮动能变小，导致颗粒密度增大.当离底距 图2所示为实验中所采用的Intermig搅拌桨结 离增大到C/T=0.118时，此时底部颗粒密度已接近 构，该桨分为主桨叶和辅桨叶两个部分，主桨叶在桨轴 1000gL,容易在底部产生颗粒的堆积.增大搅拌转 方向向下倾斜30°，在主桨叶的前端增加一个与主桨 速至135~140r·min后，相同桨叶离底距离下，底部 叶倾斜90°的双层辅桨叶，具有较好的循环流.其特点 颗粒悬浮情况得到较大改善，同时随着C/T的增加， 是当搅拌器旋转时，桨叶的根部和端部分别把流体向 底部均匀度增加幅度也相应减小.这说明增大搅拌转 相反方向推进，促进流体形成轴向循环 速后，底部颗粒悬浮效果得到改善的同时，桨叶离底距 离的影响也被削弱.随着搅拌转速进一步增大至145~ 150rmin后，几乎整个槽底部颗粒都处于均匀分散和 悬浮状态，底部均匀度均接近平均密度(c/c=I),同 时在高搅拌转速下桨叶离底距离对底部均匀度基本没 图2 ntermig搅拌桨结构 有太大影响 Fig.2 Structure of the Intermig impeller 图4所示为不同搅拌转速下，底部均匀度随桨叶 1.3浓度和临界悬浮转速测量方法 1.16 -N=130r“minm1 本实验采用的PC6D型颗粒密度测量仪对搅拌槽 音N=140rmin1 L.12 4-N=150 r min" 内颗粒密度(c,gL)分布进行测量，该仪器配有两根 测量探头，探头内置两束平行排列的光导纤维，每束光 导纤维中光源纤维可发出光，当颗粒竖直经过探头时， g1.0s 光经溶液中固体颗粒反射后再由反射光纤传回到光电 检测器，转换成与物料浓度成比例的电压信号.由信 1.04 号的电压平均值得出固体颗粒的相含率，该仪器初次 使用时需进行标定.Shan等2]曾经用同样设备对无 1.00 0.01 0.05 0.09 0.13 挡板搅拌槽内的固体浓度分布做过测量，发现测量误 C/T 差在0.5%以内.光纤探头置于弧形挡板后1/4圆弧 图3不同C/T下颗粒底部均匀度 处，如图1(b)所示，实验中发现此位置处于底部颗粒 Fig.3 Particle bottom uniformity at different values of C/T工程科学学报,第 39 卷,第 1 期 与工业上参数对比如表 1 所示. 表 1 实验与工业参数对比 Table 1 Comparison between experimental parameters and industrial parameters 参数 数值 CaCl2溶液密度/ (kg·m - 3 ) 1325 CaCl2溶液黏度/ (Pa·s) 7 伊 10 - 3 ~ 9 伊 10 - 3 玻璃珠密度/ (kg·m - 3 ) 2380 玻璃珠粒径/ 滋m 20 ~ 200 铝酸钠溶液密度/ (kg·m - 3 ) 1330 铝酸钠溶液黏度/ (mPa·s) 4 ~ 9 Al(OH)3颗粒密度/ (kg·m - 3 ) 2430 Al(OH)3颗粒粒径/ 滋m 20 ~ 150 平均固体质量浓度, cavg / (g·L - 1 ) 800 搅拌槽直径, T / m 0郾 425 液位, H/ m 0郾 4 搅拌桨直径, D (0郾 624 ~ 0郾 715)T 桨叶离底距离, C (0郾 024 ~ 0郾 118)T 搅拌转速, N/ (r·min - 1 ) 130 ~ 150 挡板宽度, B 0郾 085T 1郾 2 Intermig 搅拌桨 图 2 所示为实验中所采用的 Intermig 搅拌桨结 构,该桨分为主桨叶和辅桨叶两个部分,主桨叶在桨轴 方向向下倾斜 30毅,在主桨叶的前端增加一个与主桨 叶倾斜 90毅的双层辅桨叶,具有较好的循环流. 其特点 是当搅拌器旋转时,桨叶的根部和端部分别把流体向 相反方向推进,促进流体形成轴向循环. 图 2 Intermig 搅拌桨结构 Fig. 2 Structure of the Intermig impeller 1郾 3 浓度和临界悬浮转速测量方法 本实验采用的 PC6D 型颗粒密度测量仪对搅拌槽 内颗粒密度(c,g·L - 1 )分布进行测量,该仪器配有两根 测量探头,探头内置两束平行排列的光导纤维,每束光 导纤维中光源纤维可发出光,当颗粒竖直经过探头时, 光经溶液中固体颗粒反射后再由反射光纤传回到光电 检测器,转换成与物料浓度成比例的电压信号. 由信 号的电压平均值得出固体颗粒的相含率,该仪器初次 使用时需进行标定. Shan 等[12] 曾经用同样设备对无 挡板搅拌槽内的固体浓度分布做过测量,发现测量误 差在 0郾 5% 以内. 光纤探头置于弧形挡板后 1 / 4 圆弧 处,如图 1(b)所示,实验中发现此位置处于底部颗粒 最易堆积区域,因此也可以根据该区域的颗粒状态判 定整个槽底部颗粒悬浮与混合情况. 利用底部观察法对搅拌槽内颗粒的临界悬浮转速 进行判定. Zwietering [13]在 1958 年提出临界悬浮转速 的概念,并作如下阐述. (1) 完全离底悬浮:所有颗粒都在槽底上方运动, 颗粒在槽底的停留时间不超过 1 ~ 2 s. (2) 临界悬浮转速:使固体颗粒刚好完全均匀悬 浮时的最小叶轮转速. 根据此判据对临界悬浮转速进行判定便于实施, 所以也得到比较广泛的应用[14鄄鄄15] . 2 实验结果与分析 2郾 1 底部均匀度 图 3 所示为不同搅拌转速下,底部均匀度( c/ cavg) 随桨叶离底距离的变化关系. 在搅拌转速较小时(130 r·min - 1 ),随着桨叶离底的增大,底部均匀度变大. 这 是由于在搅拌桨的搅动下,槽底部流体会沿着挡板底 部的弧形斜面向上运动,到达上部后再沿中心循环至 底部,形成轴向的二次环流. 当桨叶离底距离增大后, 挡板底部弧形斜面与搅拌桨的作用减弱,槽底部颗粒 受到的悬浮动能变小,导致颗粒密度增大. 当离底距 离增大到 C/ T = 0郾 118 时,此时底部颗粒密度已接近 1000 g·L - 1 ,容易在底部产生颗粒的堆积. 增大搅拌转 速至 135 ~ 140 r·min - 1后,相同桨叶离底距离下,底部 颗粒悬浮情况得到较大改善,同时随着 C/ T 的增加, 底部均匀度增加幅度也相应减小. 这说明增大搅拌转 图 3 不同 C/ T 下颗粒底部均匀度 Fig. 3 Particle bottom uniformity at different values of C / T 速后,底部颗粒悬浮效果得到改善的同时,桨叶离底距 离的影响也被削弱. 随着搅拌转速进一步增大至 145 ~ 150 r·min - 1后,几乎整个槽底部颗粒都处于均匀分散和 悬浮状态,底部均匀度均接近平均密度(c/ cavg = 1),同 时在高搅拌转速下桨叶离底距离对底部均匀度基本没 有太大影响. 图 4 所示为不同搅拌转速下,底部均匀度随桨叶 ·56·