不同搅拌桨对反应结晶效果的影响.pdf

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1、第41卷第2期北京化工大学学报(自然科学版)Vol．41，No．22014年JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)2014不同搅拌桨对反应结晶效果的影响*高绍楠黄雄斌(北京化工大学化学工程学院，北京100029)摘要:在直径为0.285m的立式搅拌槽中，通过测定氯化钾溶液结晶的平均粒径、分布以及不同桨型的混合时间，对CBY桨、锚式桨等桨型在反应结晶过程中的效果进行了实验研究。结果表明，大直径(D/T=0.67)的下压式两叶CBY+三叶后掠

2、桨的组合，最适用于反应结晶过程，而工业中适用于降温结晶操作的锚式桨，不能同时满足结晶与反应的要求。晶体平均粒径dm与叶端线速度v的0.15～1.76次方成反比，晶体大颗粒分数x(0.45～0.6mm)与叶端线速度v的1.7～3.59次方成反比。关键词:结晶搅拌;反应结晶;晶体粒径;搅拌桨中图分类号:TQ027.2搅拌桨及最优工艺条件。引言1实验部分工业界的结晶反应器大多采用的是搅拌釜式反应器。搅拌桨性能对结晶器内晶体的产生与大小形1.1实验物料态起着至关重要的作用。实验选用氯化钾－水作为结晶体系，用溴百里对于普通降温结晶与

3、蒸发结晶过程，在结晶操香酚蓝、0.5mol/L的硫酸与1mol/L的氢氧化钠测作中应使搅拌桨剪切力较弱，以避免过多的二次成量混合时间。核作用，导致晶体颗粒较小以及粒径分布不均。对1.2实验装置此类结晶过程，通常在工业生产中选择低剪切轴流实验装置如图l所示，搅拌槽是直径T为0.285桨和混流桨，如在氯化钾结晶器［1］、制糖真空结晶m的圆柱形槽，槽体由透明有机玻璃制成圆柱形，槽罐［2］中，采用轴流桨更具优势。针对降温结晶过底为平底，挡板可拆卸，设有4块均布挡板，宽［3］0.028m，挡板距槽壁0.005m。程，Akrap等系统

4、地比较了不同型式(轴流与径流)桨的结晶效果，发现轴流桨对结晶生长更有利。［4］薛兆鹏等采用计算流体力学方法对轴流桨的结构进行了优化。而反应结晶过程中，物料浓度的均匀度对结晶过程的影响也很重要，局部浓度过高或过低也将导致结晶粒径不均匀。因此，不仅要考虑强剪切对颗粒直径的负面影响，还需考虑强剪切对不同物性物料混合的正面作用。目前把多种搅拌桨对反应结晶过程的影响进行1—电机;2—可控硅调速器;3—便携式转速计;4—搅拌槽;5—统一比较的研究不是很多，本文重点比较不同的搅挡板;6—叶轮拌桨对于反应结晶过程的影响，根据结晶粒径大小图

5、1搅拌系统示意图Fig．1Diagramofthestirringsystem和混合时间评价标准，试图找出适用于反应结晶的搅拌桨如图2所示，D代表搅拌桨直径，实验中收稿日期:2013－05－13用到的桨为三叶CBY桨(3-CBY，D/T=0.67，D/T=［5］第一作者:男，1985年生，硕士生0.46)、六直叶涡轮桨(ＲT，D/T=0.33)、四斜叶*通讯联系人桨(4-PBT，D/T=0.58)、三叶后掠桨(I3BB，D/T=E-mail:huangxb@mail．buct．edu．cn0.67)、两叶CBY+三叶后掠桨

6、(2-CBY+I3BB，D/T=·26·北京化工大学学报(自然科学版)2014年0.67)、两叶CBY带副叶桨(2-CBYsb，D/T=0.67)、粒径的公式为锚式桨(AP，D/T=0.98)。dm=1/(∑xi/dm，i)(1)式(1)中，dm为晶体平均粒径，mm;xi为每一层筛子上的晶体的质量分数，dm，i为相邻两层筛子的平均值，mm。1.3.2混合时间利用溴百里香氛蓝在碱性条件下呈蓝绿色、在酸性条件下呈黄色的特性，来作为指示剂，采用酸碱变色法来测量各个桨的混合时间。混合时间的测量是在清水中完成的。1.3.3功率采用扭

7、矩传感器测量搅拌轴扭矩，转速计测量搅拌轴转速，功率等于扭矩乘角速度。2结果与讨论2.1轴流桨与径流桨对结晶的影响本节主要讨论轴流式(CBY桨)、径流式(六直叶涡轮桨)和混流式桨(四斜叶桨)对结晶的影响。从图3可以看出，实验中4种不同桨型产生的平均粒径都是随叶端线速度增大而减小的，在相同的叶端线速度下，几种搅拌桨产生的晶体平均粒径由大到小依次为CBY(D/T=0.67)，CBY(D/T=0.46)，四斜叶桨，六直叶涡轮桨。CBY桨产生的晶体平均粒径要大于四斜叶桨和六直叶涡轮桨。图2实验桨型实物图Fig．2Picturesof

8、differenttypesofimpeller1.3测试方法本文的研究方法是分别比较不同桨型剪切对结晶粒径及混合时间的影响规律，综合这两个影响规律，得出适于反应结晶的搅拌桨及最优工艺条件。因此，为简化实验，剪切对结晶粒径的影响规律仍在降温结晶条件下来研究。实验中保持每次实验降温结晶过程一致。图3晶体平