Một lò phản ứng trộn là gì?

Trả lời câu hỏi chính:Một lò phản ứng trộn là gì, và thiết kế động cơ làm thế nào để xác định hiệu suất của nó trên các chế độ chất lỏng khác nhau?Một lò phản ứng trộn là một bình áp suất được trang bị một động cơ xoay mà đầu vào năng lượng cơ học vào chất lỏng để đạt được trộn đồng đều, phân tán khí, treo rắn,hoặc tăng cường chuyển nhiệt. Máy xoay chuyển đổi năng lượng xoay (được đặc trưng bởi số năng lượng Np = P / (rho * N ^ 3 * D ^ 5)) thành chuyển động chất lỏng thông qua các mô hình dòng chảy trục hoặc tâm,với hình học xoắn ốc cụ thể được chọn dựa trên độ nhớt của chất lỏng (từ 1 cP giống như nước đến 100,000 cP giống như polymer), mục tiêu trộn (trộn, chuyển khối lượng hoặc treo), và hình học bình (tỷ lệ đường kính-đường kính 3: 1).Các lò phản ứng trộn công nghiệp điển hình hoạt động với tốc độ xoay 50-500 rpm, sức mạnh động cơ 0,5-500 kW và khối lượng 50-50.000 L cho các ứng dụng bao gồm tổng hợp hóa học, lên men, tinh thể hóa và phân phân.

1Nguyên tắc trộn lõi và cơ học động cơ

·**Số năng lượng và năng lượng đầu vào:**Số năng lượng không kích thước (Np) định lượng hiệu quả chuyển động động cơ của một động cơ chuyển động sang chuyển động chất lỏng: tuabin Rushton có Np = 5,0 (cắt cao, phân tán khí),Các tua-bin cánh quạt có Np = 1.3-1.5 (dòng chảy trục, pha trộn), và thủy lôi có Np = 0,3 (đánh cắt thấp, dòng chảy cao); công suất động cơ cần thiết là P = Np * rho * N ^ 3 * D ^ 5, thường là 0,1-2.0 kW/m3 cho trộn cường độ vừa phải.

·** Thời gian pha trộn và lưu thông:**Thời gian pha trộn (thời gian để đạt được sự đồng nhất 95%) được điều chỉnh bởi công suất bơm (Q = Nq * N * D ^ 3) và số lượng lưu thông cần thiết (thường là 3-5);cho trộn hỗn loạn trong một bình bị bối rối, thời gian pha trộn là t_blend = 5,4 * (D / T) ^ ((-2) * N ^ ((-1), mang lại 5-30 giây cho các cấu hình tiêu chuẩn ở N = 100-300 vòng / phút.

·** Phương tiện treo vững (tốc độ treo thẳng):Đối với các phản ứng liên quan đến chất xúc tác rắn hoặc tinh thể hóa, tốc độ vừa treo (Njs) là tốc độ động cơ tối thiểu nâng tất cả các chất rắn ra khỏi đáy bình;Tính toán theo mối tương quan của Zwietering Njs = S * nu ^ 0.1 * d_p^0.2 * (g*delta_rho/rho) ^0.45 * D^(-0.85), trong đó S là một hằng số phụ thuộc vào hình học (thường là 4-10), đảm bảo tiếp xúc chất rắn-đồ lỏng hoàn toàn cho sự đồng nhất phản ứng.

2Các loại động cơ đẩy chính và ứng dụng của chúng

·**Rushton Disc Turbine (Radial Flow):**Sáu lưỡi dao phẳng trên một trục đĩa tạo ra dòng chảy xoay thẳng đứng với trục; động cơ đẩy tiêu chuẩn cho phân tán khí-nước (hóa lên,Hydrogenation) do khả năng tạo ra một khoang khí được xác định rõ ràng phía sau mỗi lưỡi, đạt được các giá trị kLa của 0,05 - 0,5 s ^ - 1 ở tốc độ khí 0,5-2,0 vvm; Np = 5.0, tối ưu ở D/T = 1/3.

·** Chuốc xoay cánh quai (Dòng chảy trục):**Bốn hoặc sáu lưỡi dao nghiêng ở 45 độ tạo ra lưu thông từ trên xuống dưới; lý tưởng để trộn các chất lỏng hòa trộn, treo chất rắn mật độ trung bình,và tăng cường chuyển nhiệt ở độ nhớt thấp đến trung bình (1-5Np = 1,3-1.5, số lượng dòng chảy Nq = 0,7-0.8, với thời gian pha trộn 10-60 giây trong các thùng hỗn độn tiêu chuẩn.

·**Ribbon/Anchor (Close-clearance):**Máy đẩy với độ trống tường tối thiểu (2-10 mm) được sử dụng để trộn độ nhớt cao (5,000-500,000 cP) trong chế biến polymerization, nhựa và bột;thiết kế khoảng cách chặt chẽ đảm bảo tất cả chất lỏng được quét khỏi tường, ngăn ngừa các điểm nóng và suy thoái nhiệt, với Np = 20-100 và số Reynolds dưới 100 (chế độ laminar).

Loại động cơ so sánh

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Q: Chức năng chính của lò phản ứng trộn là gì?

A: Một lò phản ứng trộn sử dụng một động cơ quay để đưa năng lượng cơ học vào chất lỏng, đạt được sự trộn đồng đều, phân tán khí-nước, treo rắn hoặc tăng cường chuyển nhiệt,đảm bảo rằng nhiệt độ, nồng độ và phân bố pha vẫn đồng nhất trong toàn bộ hỗn hợp phản ứng.

Hỏi: Làm thế nào để chọn đúng loại động cơ?

A: Việc lựa chọn máy đẩy dựa trên độ nhớt của chất lỏng, mục tiêu trộn (trộn so với phân tán khí so với dung dịch rắn) và hình học của bình: tuabin Rushton cho khí-lỏng,lưỡi dao chọc để pha trộn và treo chung, và khoảng cách gần (anchor, ribbon xoắn ốc) cho các chất lỏng nhớt trên 5000 cP; số điện (Np) và số dòng chảy (Nq) định lượng hiệu suất của mỗi động cơ.

Hỏi: Tốc độ chỉ treo là gì và tại sao nó quan trọng?

A: Tốc độ chỉ treo (Njs) là tốc độ động cơ tối thiểu nâng tất cả các chất rắn ra khỏi đáy bình; hoạt động dưới Njs khiến chất rắn trì trệ, làm giảm tốc độ phản ứng và gây ra các điểm nóng địa phương,trong khi hoạt động cao hơn Njs năng lượng chất thải, thiết kế điển hình chỉ định 1,1-1,2x Njs để trộn chất rắn-nước hiệu quả.

Q: Làm thế nào để tính năng trộn cho quy mô?

A: Đối với các bình tương tự về hình học, thang đo công suất trộn như P tỷ lệ với N ^ 3 * D ^ 5 (năng lượng Np không đổi trong chế độ hỗn loạn); đối với quy mô tại công suất không đổi theo khối lượng (P / V),tỷ lệ tốc độ bánh xe là (D_large/D_small) ^ ((-2/3), đảm bảo cường độ trộn tương đương từ phòng thí nghiệm đến quy mô sản xuất.