攪拌器是反應(yīng)釜關(guān)鍵部件之一，根據(jù)釜內(nèi)不同介質(zhì)的物理學性質(zhì)、容量、攪拌目的選擇相應(yīng)的攪拌器，對促進化學反應(yīng)速度、提高生產(chǎn)效率能起到很大的作用。
攪拌類型比較多，大致可以分為以下幾種：
1、錨式攪拌器
作為標準攪拌器之一，錨式攪拌器以其價格低、使用方便最初在液相催化加氫中得到了廣泛的應(yīng)用。錨式攪拌器葉輪的葉徑較大，且貼近釜底，使之用于懸浮密度很大、很難懸浮的催化劑(如雷尼鎳)也有一定的懸浮效果。
但是，錨式攪拌器通常在低速下運行，在低粘液體攪拌時不產(chǎn)生大的剪切力，氫氣幾乎未經(jīng)分散即上升到釜頂，上部的氫氣和下部的催化劑接觸的幾率低，導(dǎo)致反應(yīng)速率很慢。另外，錨式攪拌器在攪拌時以產(chǎn)生水平回轉(zhuǎn)流為主，軸向流很少，釜內(nèi)物料的整體循環(huán)與交換較少，因此，在液相催化加氫反應(yīng)釜中采用錨式槳是低效的。目前，錨式槳已逐漸被淘汰。
2、軸流式攪拌器
為了實現(xiàn)相間的充分混合，提高傳質(zhì)效率，一些翼型軸流槳，以其循環(huán)量大、能耗低、氣體分散能力強的優(yōu)勢在液相催化加氫中逐漸取代了錨式槳。這種攪拌器葉片面積率較大，即水平投影面上葉片面積占由葉端畫出的圓的面積的百分數(shù)較大，大面積的葉片與盤式渦輪中的圓盤類似，可阻止氣體從葉輪穿過，延長了氣液接觸時間。
在不考慮催化劑懸浮時，翼型軸流式攪拌器使流體在釜內(nèi)的流型為一個整體大循環(huán)，氫氣進入槳葉區(qū)后被葉輪排出流產(chǎn)生的剪切作用分散為大小不同的氣泡，隨后進入主體循環(huán)，形成整體氣液分散。由于反應(yīng)釜內(nèi)的湍流程度較弱，氣泡在運動過程中發(fā)生碰撞而聚并的機率小，氣泡直徑的變化幅度相對較小，因此不同區(qū)域的氣泡大小比較均一，氣含率的空間分布也較為均勻，且整體氣含率較大。
在不考慮氫氣的情況下，軸流式攪拌器循環(huán)能力強、排出量大，流體在釜內(nèi)形成的整體循環(huán)流動對催化劑的懸浮操作是十分有效的。并且軸流式攪拌器在對催化劑達到同樣的懸浮程度時所需要的功率明顯低于徑流槳。但是，在液相催化加氫反應(yīng)中，當氫氣從下方通入反應(yīng)釜后，如氣量比較大，氣泡因浮力而產(chǎn)生的上升流動使得釜內(nèi)液體的軸向流動型態(tài)被破壞，這時軸流式攪拌器對催化劑懸浮和氫氣的分散效果都顯著降低了。
3、組合式攪拌器
組合槳被開發(fā)出來后，催化劑懸浮與氫氣分散的問題同時得到了很好的解決，在液相催化加氫中逐漸得到應(yīng)用。其中應(yīng)用最廣泛的是兩層攪拌器，下層為軸流式攪拌器，用于固體懸浮；上層為徑流槳，用于氣體分散。采用這種組合時，下層槳將上層槳有效分散的氣體循環(huán)進入下部區(qū)域，在下部分散不良而凝并的氣泡進入上部區(qū)域后又重新被高剪切的槳所分散而再一次循環(huán)，因此可有效延長氣相停留時間，提高氣含率，有利于氣液傳質(zhì)比表面積的增加。在這種組合中，下層軸流槳的排出流方向?qū)σ合啻呋託渲械臍庖簜髻|(zhì)有重要影響。排出流向上時，流體流動幾乎為軸向流；而排出流向下時則帶有較多的徑向流成分，有較強的分區(qū)傾向，且區(qū)間混合效果與徑向流槳相似。因此，排出流向上可比向下攪拌能更有效地促進全釜循環(huán)、延長氣相的停留時間從而提高攪拌釜的氣含率。組合槳的選用還受到通氣位置與通氣量的影響，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。在反應(yīng)釜中，主體流動是催化劑顆粒懸浮起來的動力，在小通氣量時，氣升作用使催化劑顆粒懸浮變得更加容易，而大的通氣量可能會惡化催化劑的懸浮效果。
但是，由于氣液的不相容性，且密度差別非常大，氫氣僅在上升過程中得到組合槳的分散而反應(yīng)，大量未反應(yīng)的氫氣聚積在反應(yīng)器內(nèi)的上部空間，嚴重影響了反應(yīng)速率和效率。因此，很多科研人員開始考慮開發(fā)新的設(shè)備以提高氣液相的接觸面積，從而提高反應(yīng)的時空收率。
4、自吸式攪拌器
許多科研工作者將目光聚集在了自吸式攪拌器上，這種攪拌器將釜內(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，從而提高了反應(yīng)速率。目前，自吸式攪拌器在國內(nèi)已有許多專利發(fā)表，在工業(yè)上也逐步得到應(yīng)用，并開始占據(jù)高端市場。
自吸式葉輪由一根空心軸和帶兩個圓盤的渦輪攪拌器組成，空心軸上端開有小孔，圓盤外緣加有打碎氣泡的擋板。當自吸式攪拌器以一定速度旋轉(zhuǎn)時，高速運行的葉輪能使大量液體在葉輪內(nèi)外進行循環(huán)，根據(jù)文丘里噴射原理，液面上的氣體通過空心攪拌軸被高速運動的液體夾帶后從葉輪排出，在自吸式葉輪的兩圓盤間形成負壓，反應(yīng)器內(nèi)液面上方的氣體由空心軸上端小孔處吸入，沿空心軸向下，并由下端圓盤間小孔鼓出，氣泡從槳端逸出，運動至釜壁，被兩圓盤邊緣的擋板打碎成很小的氣泡，氣體在反應(yīng)器內(nèi)形成循環(huán)，固體顆粒懸浮在液體中，氣體與顆粒充分接觸。這樣，氣體在反應(yīng)器內(nèi)不斷被吸入至液相深層，并被攪拌分散，周而復(fù)始，形成均勻的氣液混合，實現(xiàn)高效氣液接觸，強化氣液傳質(zhì)過程，縮短氣液反應(yīng)時間，獲得了高的宏觀反應(yīng)速率。 |
