一种计算搅拌槽混合时间的新方法.doc

PAGE PAGE 1 一种计算搅拌槽混合时间的新方法 张庆华第一作者：张庆华，博士研究生，E-mail: HYPERLINK mailto:qhzhang@home.ipe.ac.cn qhzhang@home.ipe.ac.cn. 第一作者：张庆华，博士研究生，E-mail: HYPERLINK mailto:qhzhang@home.ipe.ac.cn qhzhang@home.ipe.ac.cn. 联系人：毛在砂，E-mail: HYPERLINK mailto:zsmao@home.ipe.ac.cn zsmao@home.ipe.ac.cn 电话：010基金项目：国家自然科学基金 和“973”计划 (2004CB217604) （1中国科学院过程工程研究所，北京 北京100080； 2中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东 青岛 266071） 摘要 基于对混合时间定义的思考，本文提出了一种新的定义方法，在湍流流场数值计算的基础上通过求解示踪剂的浓度输运方程，研究了单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程。结果表明：搅拌转速和搅拌桨安装位置都影响混合时间的大小，而进料位置对混合时间的影响不大。对于不同的搅拌转速而言，当体积分数V在0～40％范围内时，对应的无因次混合时间是相同的；当V＞40％时，随搅拌转速的增大，无因次混合时间逐渐减大。当搅拌桨安装在槽中间位置时所对应的混合时间最小。 关键词 混合时间；CFD；搅拌槽；Rushton桨 A new method for determining mixing time in stirred tanks ZHANG Qinghua1, MAO Zaisha1, YANG Chao1, WANG Zheng2 (1 Institute of Process Engineering，CAS，Beijing 100080, Beijing, China 2 SINOPEC Safety Engineering Institute, Qingdao 266071, Shandong, China) Abstract A new definition of mixing time was proposed based on the fraction of well mixed volume. The mixing process in the stirred tank with a single Rushton turbine was examined by solving the transport equation of the tracer based on the numerical simulation of the whole flow field. It was showed that the value of mixing time was dependent on impeller speed and impeller position. When the volume concentration was in the range of 0~40%, the dimensionless mixing time was same at different impeller speeds. The dimensionless mixing time increased with the increase of impeller speed as V＞40%. When the impeller was in the center of the tank, the mixing time was the shortest. Keywords mixing time; numerical simulation; stirred tank; Rushton impeller 引言 搅拌槽由于其相际接触面积大，传热传质效率高，操作弹性大，使用范围广，操作稳定等优点而广泛应用于石油、化工、医药、食品、能源、造纸、废水处理等领域。其中，混合时间是表征搅拌槽内流体混合状况的一个重要参数，是评定搅拌器效率的重要参数，也是搅拌槽设计和放大的重要依据之一。混合时间一般是通过实验来测量，并总结为经验关联式。但不同的实验测量方法都存在各自的缺点[1]。示踪剂的进料位置和检测位置的选择都会影响混合时间的数值大小。随着计算机技术的发展，利用计算流体力学（CFD）技术来计算混合时间也逐渐成为可能。利用CFD方法可以节省实验研究的费用，还可以方便地获得实验手段不容易得到的搅拌槽内局部信