第11卷第6期 2011年12月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engineering
Vol.11 No.6 Dee. 2011
基于LED光源反射的液固搅拌槽中颗粒悬浮特性测定的光纤法
周宏宝，李向阳，杨超，毛在砂，张广积
(1.中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室，北京100190：2.中国科学院研究生院，北京100049)
摘要：提出一种基于LED光源反射的液周揽拌精中固体颗粒悬浮特性测定的光纤法.在真径0.38m、底部为椭圆形的搅拌精中，用该法对水-二氧化硅两相体系固体颗粒悬浮特性进行了测定，结果表明，测量临界离底悬浮转速N，
较接近，平均相对误差为4.0%，目测法测定结果比取样法与光纤测量法稍高，光纤法比取样法更快速、简使，具有
适用于不透明容器的优势，能快速测定最小均匀悬浮转速N，N随周含率增大而增大. 关键词：高底悬浮：均勾甚浮：光纤法：目测法：取样法：液固搅择槽
中图分类号：TQ03 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2011)060933-05
合时间随转速的变化，分别绘制功率准数和混合时间随转速的变化曲线，通过曲线极大值确定临界搅拌转速，
搅拌槽式反应器(StirredTankReactor，STR)是生物浸出中最常用的反应器之一，具有制造简单、操作方便、传质和混合效果好、易放大等优点，在多相体系的混合、分散、化学反应等操作中应用广泛.固体悬浮研究的重点是如何以最小的能耗获得所需的悬浮效果，尽管固一液搅拌设备有各种不同的应用，但从固-液悬浮的特性来分，固-液搅拌的目的主要有2个：（1)使固体粒子完全离槽底悬浮起来，简称完全离底悬浮，其作用之一是使固体颗粒表面完全暴露出来，以便固-液两相或气液-固三相反应时，有利于反应物料与催化剂之间接触和传质：(2)使固体粒子在全槽均匀悬浮，即槽内各点颗粒浓度接近相等，如在制造涂料、油墨和化妆品时，必须使固体颗粒在液体中均匀悬浮"
文献报道的测量搅拌槽内临界离底悬浮转速N的方法主要包括目测法、取样法、搅拌功率法、混合时间法等，各有其优缺点或适用范围.Zwietering[2]最早提出了用目测法确定固体颗粒临界离底悬浮的判据，即固体颗粒在底的停留时间不超过1~2s.目测法的优点是操作简便，但要求反应器和悬浮液是透明的，不适合在工业设备中应用3)Chapman等[提出通过取样测量槽底附近的局部颗粒浓度随转速的变化，并将浓度-转速图上极大值点对应的转速确定为临界搅拌转速Nis此法克服了目测法的一些缺点，适合大尺度搅拌器和不透明液体的应用，但取样过程稍显繁琐，且取样不一定准确代表精内实际状况：文献[5通过测量捷拌功率和混
但都是在带挡板的平底搅拌槽中进行的，对于其他形状的反应器（如本工作所用的不带挡板的椭球底搅拌槽）曲线可能会有不同的变化趋势，需要针对不同的反应器结构制定新的临界悬浮转速判定标准[6]
许多学者提出了不同的对均匀悬浮的评价标准。 Bohnet等17通过取样测量槽内不同位置的固体含量，用浓度标准偏差定义悬浮均匀度，此方法取样也繁琐， Hicks等用悬浮高度描述均匀慰浮质量，但要求反应器和物料必须是透明的，且当固体颗粒直径较小时，不易清晰观察悬浮液层界面.Dohi等在搅拌精不同轴向位置取样分析固体颗粒浓度随搅拌转速的变化，通过颗粒浓度-搅拌转速图确定最小均匀悬浮转速N，此方法取样也繁琐
单贤根等10)采用PC-6A粉体浓度测量仪(中国科学院过程工程研究所)测定了搅拌槽中固体颗粒的浓度分布.该测量仪采用光导纤维传感器作测量探头，LED为发射光源，测量系统包括发射和接收两部分：先由发射光源发射一定强度的可见光，可见光遇到颗粒后反射，反射信号由接收系统接收，然后处理系统根据反射光的强弱得到测量体系的局部颗粒浓度，该测量仪对浓度变化响应快，探头尺寸小，对流场的影响可忽略不计，鉴于此，本工作提出一种新的液固搅择精中固体态浮特性测定的光纤法，采用PC-6A粉体浓度测量仪测定拌相中不同轴向位置局部固含率随转速的变化，进而确定固体颗粒临界离底悬浮转速和最小均匀悬浮转速
收稿日期：201109-15，修回日期：2011-10-26
基金项目：国家白然科学基金资助项口(编号：20906090；20990224)：国家杰出青年科学基金资助项日(编号：21025627)：国家重点基础研究发展规划(973）
基金资助项H(编号：2010CB630904)：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(编号：2011AA060704)：北京市自然科学基金资助项目(编号：2112038)
作者简介：周宏"家(1986-)，男，河北省迁安市人，硕土研究生，化学工程专业：通讯联系人，李向阳，E-mai让:xyli@home.ipe.ac.cn:杨超
Tel: 010-62554558, E-mail: chaoyang@home.ipe.ac.cn
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