氣液固三相的攪拌技術(shù)

氣液固三相的攪拌混合行為是指氣體被通入液體中，同時又有固相溶解或生成，或者都參與化學(xué)反應(yīng)的過程。對于有氣體排出的行為一般不需要攪拌。氣液固三相的攪拌混合行為主要關(guān)注的是由攪拌器產(chǎn)生的流型怎樣影響

(1) 分散：容器中的氣體分散受固體顆粒濃度和粒徑分布的影響。

(2) 懸浮：容器中固體顆粒的懸浮受氣體速率和和氣泡大小的影響。

三相體系常常涉及多個攪拌器的使用，分別實現(xiàn)氣液分散和固液懸浮。

1、臨界轉(zhuǎn)速

在三相混合體系中，存在兩個臨界轉(zhuǎn)速：氣體分散的臨界轉(zhuǎn)速和固體顆粒的臨界懸浮轉(zhuǎn)速。顆粒密度和液體密度的相對大小對臨界轉(zhuǎn)速的影響十分顯著。當(dāng)顆粒密度遠(yuǎn)大于液體密度時，顆粒懸浮比氣體分散困難，而且通氣對顆粒懸浮產(chǎn)生不利影響。若兩者密度接近時，顆粒的懸浮比氣體的分散容易。而且氣速越大，顆粒懸浮的臨界轉(zhuǎn)速越小。

2、三相攪拌設(shè)備

主要包括釜、槳、分布器和擋板等。釜型多為平底或碟底的直立圓筒容；常用的槳型有直葉圓盤渦輪，上推式斜葉圓盤渦輪，下壓式斜葉圓盤渦輪，上推式斜葉形式渦輪，下壓式斜葉開式渦輪，推進槳，三葉后掠槳等；擋板有平擋板和指形擋板;氣體分布器有單孔垂直管、水平管、水平交又管、分布環(huán)、同心分布環(huán)簇和錐型分布器，此外采用指形擋板時多用指形擋板兼作分布器。

2.1 釜

釜底形狀對顆粒的懸浮影響很大，這是因為攪拌器產(chǎn)生的流型是流線型，平底釜的非流線形狀對攪拌器產(chǎn)生的流型是不利的，可使液流速度降低。而顆粒懸浮的前提是顆粒在釜底的滑移，滑移的動力是流液速度，因此平底釜對顆粒的懸起是不利的，會在釜底中央或釜底邊壁形成沉積的顆粒帶，這些顆粒最難懸浮，故平底釜的懸浮性能比球底釜、碟底釜的差。同樣氣量時，釜徑越大、氣速越低、氣體對顆粒懸浮的影響越小。

.2.2 攪拌器

采用直葉圓盤渦輪和上推式斜葉圓盤渦輪時，最后懸起的粒子位于釜底中心附近的環(huán)形帶上，而采用下壓式斜葉開式渦輪時則位于釜底壁角上。這說明采用不同攪拌器時，顆粒的懸浮難點和分散途徑是不同的，從流型角度來研究顆粒的懸浮分散是比較合適的。

2.3 氣體分布器

有分布器但不通氣時，位于釜底的分布器對顆粒的懸浮造成了很大的阻礙作用，需要更高的轉(zhuǎn)速才能使顆粒懸起。分布環(huán)離釜底的距離過小時不利于粒子的完全懸浮。氣體分布環(huán)的直徑越大、環(huán)上開孔越多，臨界轉(zhuǎn)速就越低，這是因為采用大分布環(huán)時從環(huán)孔噴出的氣泡相對來說速度較低，孔數(shù)越多，從環(huán)孔噴出的氣泡速度也越低，對釜底的顆粒懸起影響較小。

3、操作工藝條件

從臨界分散轉(zhuǎn)速角度看，不同工藝條件時最佳的結(jié)構(gòu)變量是不同的，低氣量時下壓式渦輪不錯，高氣量時上推式渦輪最好，這是由于氣量很高時氣升作用很強，只有把氣升作用與攪拌作用協(xié)調(diào)起來才能取得最佳的效果。

此外，各種氣體分布環(huán)中以大分布環(huán)為優(yōu)。

4、典型的氣液固三相攪拌反應(yīng)

液相催化加氫是典型的氣液固三相攪拌反應(yīng)，液相加氫技術(shù)已廣泛代替鐵粉、硫化堿、水合肼等傳統(tǒng)還原法，可減少三廢排放90%以上，并提高了產(chǎn)品收率與質(zhì)量。該技術(shù)主要用于炔烴、芳烴和含氰基、硝基、亞胺基、羰基等不飽和化合物的還原。

液相催化加氫中，氣相為氫氣，固相為催化劑顆粒。在各種加氫設(shè)備中，最為典型的是自吸式攪拌器和軸流槳的組合。反應(yīng)器示意圖見下圖。

由于通入的氫氣相對有限，這可能會嚴(yán)重制約反應(yīng)速率的提高，使用自吸式攪拌機將釜內(nèi)液面上的氫氣重新吸入并分散于液相，可大幅度提高氣含率和氣液相的接觸面積，從而達(dá)到提高反應(yīng)速率的目的。

如果液體較深的話，自吸式攪拌器的吸氣效果和對氣體的分散效果會大大降低，此時需要配以軸流槳以改善流型、增加吸氣及氣體分散效果。

自吸式攪拌器和軸流槳的組合式反應(yīng)器的典型應(yīng)用有對氨基甲苯、間氨基甲苯、3,3'-二氯聯(lián)苯胺(DCB)、天然VE轉(zhuǎn)型、鄰氨基苯甲醚、對氨基苯甲酸乙酯(苯佐卡因)、EDB、脂肪氨、異丙甲草胺、普魯卡因、鄰氨基對叔丁基苯酚等。