停留時間可控的撞擊流反應器的設計與研究.pdf

1、納米親水鋁箔涂覆材料的制備是一個自由基聚合過程，該反應是一個快速反應。微觀混合是反應過程的控制步驟，對產(chǎn)品質量有重要的影響。目前工業(yè)上采用攪拌釜進行生產(chǎn)，反應釜內的混合狀況限制了涂料性能的進一步優(yōu)化，這就對反應設備提出了更高的要求。撞擊流反應器是一種基于撞擊流技術的新型反應器，它能強化相間傳遞，在熱、質傳遞方面有著獨特的優(yōu)越性；對于液相過程，能夠顯著促進混合，尤其是微觀混合，是一種極具潛力的反應器。本文針對親水涂料的制備，設計開發(fā)一種新

2、型的撞擊流反應器中試裝置，研究其宏觀和微觀混合特性，為工業(yè)上改進涂料制備的設備提供參考。 按照中試要求，綜合各種快速反應設備的優(yōu)點，利用撞擊流技術的現(xiàn)有資料，并考慮到撞擊流停留時間較短的特點，反應裝置采用撞擊流反應器與靜態(tài)混合器串聯(lián)的組合反應裝置。反應器采用水平同軸安裝的兩個噴嘴提供的射流進行對撞。反應器主體為臥式圓柱筒體，噴嘴安裝在其中心線兩端，軟連接的安裝使得噴嘴間的距離可以任意調節(jié)。為了增加物料停留時間，設置了物料外循環(huán)管

3、路系統(tǒng)。噴嘴部分使用二流體式的套管，新鮮物料流經(jīng)管內而循環(huán)物料流經(jīng)環(huán)隙，保證射流水平同軸以實現(xiàn)最大的混合。靜態(tài)混合器嚴格按照國標選擇和設計，設計結果經(jīng)過強度校核，符合強度要求和設計要求。 反應器宏觀混合特性的實驗研究以KC1為示蹤劑，脈沖進樣，電導率儀采樣，測試了不同的噴嘴間距、物料流量和循環(huán)比條件下的停留時間分布情況。比較了粘性體系與去離子水低黏度體系內的停留時間分布的差異，結果表明粘性體系中返混顯著增加，停留時間增大。由此提

4、出了一種將gamma混合單元與全混流單元并聯(lián)后再與平推流單元串聯(lián)的四參數(shù)模型，模型方程為采用該模型對反應器內的停留時間分布密度函數(shù)進行擬合，其模擬結果與實驗曲線基本吻合，說明該模型能很好的反映反應器內物料的停留時間分布。 采用碘化鉀-碘酸鹽平行競爭反應體系測試了反應器內的微觀混合情況，以分隔指數(shù)判斷微觀混合效果，結果表明增大物料流量能夠顯著改善反應器內的微觀混合狀況，同時較小的噴嘴間距和恰當?shù)脑O置物料循環(huán)比都能促進微觀混合。根據(jù)

5、實驗條件，對團聚模型作了一定修正后，計算了反應器內各條件下的特征微觀混合時間，結果表明該反應器內微觀混合時間僅為4-17 ms，比攪拌釜內的微觀混合時間短很多，表明反應器內撞擊區(qū)促進微觀混合非常有效。通過關聯(lián)微觀混合時間與分隔指數(shù)，其關系在微觀混合時間較短時為線性，微觀時間較長時呈二次關系，該結論與文獻相吻合。同時采用湍流理論估算了微觀混合時間，其結果與團聚模型計算的結果基本一致。 實驗結果表明該反應器的微觀混合性能優(yōu)越，能使用