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JH型轴流式搅拌桨的试验研究
江苏石油化工学院张锁龙沈惠平张国忠

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【论文摘要】为验证JH型轴流式搅拌桨的应用效果，进行了中试放大。试验在一个直径1m、容积500L的瑭玻璃反应釜内进行。试验有溶解、乳化和滴定反应三种搅拌形式。为满足工艺要求，JH轴流式搅拌桨实际安装高度为0.4dJ(dJ为桨径)，离液面0.85m，为非正常安装。试验结果表明，在桨转速为166r/min时，效果最好。在相同条件下，使用JH型轴流式搅拌桨比原使用双层桨可提前1个多小时完成全部反应；在加快滴定速度，温度控制在30℃左右时，可提前2个多小时完成全部反应。在正常搅拌条件下，与原双层桨相比可降低功率耗损23%，节能约38%。搅拌反应釜是石化行业应用广、耗能多的设备之一。目前，国内轴流式搅拌桨应用较多的是45°折叶桨和推进式桨，但由于效率较低，近几年新建项目中多为引进国外的新型轴流式桨。如美国Lightin公司的A310桨及法国Robin公司的HPM桨，其特点是能耗低、轴流特性好、高循环量、低剪切，但价格昂贵。JH型搅拌桨是江苏石油化工学院最近研制成功的一种新型轴流式桨，具有良好的轴流特性及功耗低等特点，已成功地对不同形状、不同尺寸桨型的搅拌流场、功率测定进行了实验研究［1］。为进一步验证该桨在实际生产中的应用效果，在江苏省激素研究所所属生产厂进行了中试放大。该厂主要生产农药三氟氯氰菊酯，它以氰化钠、醚醛和甲苯等为原料，在催化剂的作用下，经过数小时的酰氯滴定，经搅拌反应而得到产品。 JH桨叶的几何特征 JH桨由三个对称分布的叶片组成，每个叶片都是一个空间扭曲面，从叶梢方向看，叶片由一系列相似的拱形组成，初始角大约为42°，叶片宽度随半径的增加而逐渐减小，叶梢宽度以10%的叶直径为佳，叶片外径的桨径比在0.4左右为佳，前缘须光滑。这种形状可保证操作中叶片背侧不产生失速，避免了在湍流和涡流区域输入液体中的能量损耗。中试试验试验在一个直径1m、容积500L的瑭玻璃反应釜内进行，转速为136r/min。根据工艺要求，首先在100L物料条件下，加入几十公斤的氰化钠进行溶解，在物料搅拌均匀后，加入醚醛液体进行乳化至乳白色（两种介质的密度比为1∶0.8），加入催化剂，再进行酰氯滴定，直至醚醛全部反应结束。整个加料过程分三次进行，有溶解、乳化和滴定反应三种搅拌形式，最终达到500L的物料。搅拌器的性能主要从搅拌反应釜的反应时间、反应物料的产率、消耗功率的多少三方面来衡量。实际试验中，通过控制滴定速率和反应物成分的跟踪分析来确定反应是否完成，并且在整个试验中用功率表测量其功率消耗。 JH型轴流式搅拌桨，具有较强的轴向流特性，离底高度可达到2倍桨径，正常安装位置为1.2dJ（dJ为桨径），为了满足工艺要求,试验中实际安装高度为0.4dJ，为非正常安装，离液面0.85m即为2.0dJ（一般桨叶正常安装位置离液面高度小于1.5dJ）。具体安装尺寸见图1。实际操作中，在桨的转速为166r/min时，效果最好，它在无挡板情况下，无明显的打漩现象。尽管离液面较远，在液体表面仍可看到有类似暗流在向上“翻涌”。（图片）图1　JH型轴流式桨安装位置示意图生产中的色谱采样分析情况见表1，色谱分析用SP—50/N型气相色谱仪和CDMC—1C型色谱数据处理机处理。表1　色谱采样分析表（开始滴定时间为下午13：40）（图片）第一次用JH型轴流式搅拌桨试生产，在正常滴定情况下反应温度约15℃，由于该滴定过程是一个放热过程，需要用盐水冷却，原使用双层桨搅拌时在该滴定速度下的温度大约为30℃。两者相比，反应温度低，说明搅拌均匀，反应生成的热很快被冷却液带走。试验结果表明比原使用双层桨时快1个多小时就完成全部反应。第二次生产时，加快了滴定速度，将温度控制在约30℃，完成全部滴定比原使用双层桨节省一半时间，约快2小时。从色谱分析结果看，原料醚醛含量低于1%，且在醚醛含量高于1%时，测不出酰氯滴定液的成分，说明滴定的酰氯很快就完全反应。当能测出滴定液时，物料已达到饱和状态，满足了生产的要求。而原使用双层桨在醚醛含量较高时就可以测出滴定液成分，说明反应速度慢，搅拌不均匀。使用JH型桨后最终物料中的醚醛含量在1%以下，内含指标为81.3%；而原使用双层桨的醚醛含量在1%以上，内含指标为77%，两者相比产率提高大于4%。从以上分析可知，JH型轴流式桨在生产工艺中的应用效果非常明显，它的流量大、传递距离远的特点得到了很好的发挥，即使在离底只有0.4dJ的非正常安装情况下，仍能完成双层桨的功能，很好地满足了生产的要求。在正常搅拌条件下，分别对双层桨和JH型桨的功率消耗进行了测试，双层桨在136r/min时，功率消耗平均值为1.72kW(因为在整个搅拌过程中，物料的粘度略有提高，功率有变化)，而JH型轴流式桨在166r/min时的功率消耗为1.33kW，与双层浆相比功率消耗降低23%，整个生产过程，节能约38%，效果非常明显。结　论 (1)JH型轴流式搅拌浆具有搅拌均匀、传送距离远、反应时间短、搅拌效果明显、节能性能优良和功率消耗降低达23%等优点。 (2)因生产包含了溶解、乳化及反应三种搅拌形式，中试试验表明，JH型轴流式桨可分别应用于低粘度液体的溶解、乳化及悬浮等场合。 (3)在现场试验中应注意转速的范围，避免超出减速器比速盘的比速范围，否则只能用变频器调速；还要注意搅拌桨的转向问题。 4/20/2005


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