搅拌反应器中液相混合时间研究进展_张庆华

CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS2008年第27卷第10期·1544·化工进展搅拌反应器中液相混合时间研究进展张庆华1，毛在砂1，杨超1，赵承军2（1中国科学院过程工程研究所，北京100190；2石家庄化纤有限责任公司，河北石家庄050032）摘要：搅拌反应器是一种在化工、医药、能源和废水处理等领域应用比较广泛的设备。其中混合时间是表征搅拌反应器内物料混合状况的一个重要参数。本文从实验测量方法和数值模拟两个方面综述了近50年来对混合时间的研究，并展望了未来混合时间测量方法和数值计算的发展方向。关键词：搅拌反应器；混合时间；实验研究；数值模拟中图分类号：TQ022文献标识码：A文章编号：1000–6613（2008）10–1544–07Researchprogressofliquid-phasemixingtimeinstirredtanksZHANGQinghua1，MAOZaisha1，YANGChao1，ZHAOChengjun2（1InstituteofProcessEngineering，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；2ShijiazhuangChemicalFiberCorporation，Shijiazhuang050032，Hebei，China)Abstract：Stirredtanksarepopularlyusedinchemical，pharmaceuticalandenergyindustriesandwatertreatment.Mixingtimeisanimportantparametercharacterizingmixingstatusinstirredtanks.Theexperimentalandsimulationstudyonmixingtimeinstirredtanksinlastfivedecadesarereviewedinthispaper.Thefuturedevelopmentofmeasurementandsimulationmethodsofmixingtimeisdiscussed.Keywords：stirredtank;mixingtime;experimentalstudy;numericalsimulation混合过程是化工生产过程中一个非常重要的单元操作过程，它直接或间接影响到最终产品的性能。混合过程是主体对流扩散、涡流扩散和分子扩散3种扩散机理的综合作用。主体对流扩散把不同物料以较大团块的形式混合起来，然后通过这些大的团块界面之间的涡流扩散，把不均匀的尺度迅速降低到漩涡本身的大小。但主体对流扩散和涡流扩散不能使物料达到完全均匀的分布（真溶液）状态，分子尺度上的均匀混合只有通过分子扩散才能达到。为了研究问题的方便，人们根据尺度的不同，把混合过程分为宏观混合和微观混合过程。宏观混合对应于反应器尺度上的均匀化过程，微观混合过程指的是分子尺度上的均匀化过程。宏观混合增大了分子扩散通道的面积，减少了扩散的距离，因此提高了微观混合的速度。宏观混合通常用混合时间来表示，它是表征搅拌设备内流体混合状况的一个重要参数，是评定搅拌设备效率的重要指标，也是搅拌设备设计和放大的依据之一。本文作者主要从不同的实验测量方法和数值模拟两个方面综述了对混合时间的研究进展。1实验测量方法测量混合时间的实验方法通常是在反应器的某一位置处加入示踪剂，利用合适的传感器测量示踪剂的浓度随时间的变化。示踪剂在整个反应器内分散与反应器中的物质混合，最终得到均匀的浓度分布。混合时间定义为达到一定均匀程度所需要的时间。所加入的示踪剂可以是化学物质、电解液或感温材料。目前，用于测量混合时间的方法主要有电导率法[1－5]、光学法[6－14]、温差法[15－16]、激光感应荧光法[17]、电阻X射线层析摄影法[18－19]、液晶温度记录法[20]和X射线计算机层析成像法[21]等。1.1电导率法电导率法是较为常用的方法。此方法是在体系收稿日期：2008–03–24；修改稿日期：2008–04–25。基金项目：国家自然科学基金（20236050，20306028，20576133）及973计划（2004CB217604，2007CB613507）资助项目。第一作者简介：张庆华（1980—），男，博士研究生。E–mailqhzhang@home.ipe.ac.cn。联系人：杨超。电话010–62554558；E–mailchaoyang@home.ipe.ac.cn。DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2008.10.031第10期张庆华等：搅拌反应器中液相混合时间研究进展·1545·达