在化工过程及许多过程工业生产中,流体混合占有很重要的地位。喷射反应器是近年来得到迅速发展的一种具有良好混合效果的反应设备。它具有结构简单、维护方便、无泄露和安全高效等优点。由于其综合性能优越,在许多工业场合,喷射反应器与搅拌式反应釜相比显示了优越的综合性能。我们自主设计了一款中等强化喷射反应器。所谓中等强化喷射反应器,它主要包涵下列内容:该反应器中的大多数气泡直径处在亚毫米-毫米级范围;与传统的釜式反应器相比,其反应速度得到明显强化,一般可提高50-100%之间;对于那些反应速度极慢受气液传质严重制约的气液或气液固反应体系,反应速度可能得到成倍提高。本实验装置的基本尺寸为长X宽X高为1200×1250×2065mm,其中反应腔体为有机玻璃制成的圆柱体,直径为200mm,高度为1665mm,体积为52L,实验时,投料容积为40L左右。本实验装置的关键部件强化喷射器,采用下喷式结构,反应器腔体使用有机玻璃材质,目的是便于观察射流产生的气泡情况。研究发现,对于强化喷射反应器而言,混合段的长度是随着射流速度而变化的。因此本实验的强化喷射反应器没有区别化设计混合管和扩散管,而是统称为下降管。本实验着重考察了不同下降管长度和相同下降管长度不同的末端开孔对混合性能的影响。本论文重点考察了下列参数的影响:1、气体卷吸率λ1。本实验的气液喷射器采取了自卷吸的方式来携带气体。实验考察了不同的下降管长度、末端开孔方式等对气体卷吸能力的影响,同时还考虑了温度的影响,对0～5℃、15～20℃、50～55℃三个温度区间进行分类研究,并进行对比。在此基础上,结合前人的研究成果,推导出适合本实验装置的气体卷吸率的理论公式,为此类反应器的进一步放大研究提供依据。2、Sauter气泡直径d32。d32是研究反应器中气泡直径大小的较为科学的统计计算方法,已经得到业内广泛的认同和实验上的正确性验证。d32与系统中存在的最大稳定气泡直径dM的比值一般在0.6～0.75之间,本实验的结果也是如此。通过计算d32,可以估算出反应器内的液气相界面积,从而考量该类反应器在传质上是否具有优越性。3、能耗。能耗是工业生产工需要考虑的重要因素。对于本反应器而言,由于反应器的体积已经达到一定的规格,因此研究本反应器的能耗可以为下一步设计体积更大的反应器提供基础数据。本实验测定了每产生10000m2气液相界面积所需的电功率消耗,并转化为标准煤,从而可以对此类反应器与传统的搅拌反应器在能耗方面做出比较和评估。研究表明:以空气-水体系作为反应介质,不同下降管设计形式对喷射反应器卷吸气体的稳定性、效能都有明显的影响。对于相同直径、相同末端开孔方式的下降管而言,下降管长度越长卷吸气体的稳定性越好、卷吸体系的量越小。下降管末端开孔形式对反应器性能有一定影响,小的出口孔径对气泡尺寸的大小有一定影响但不是决定性的;出口开孔的总面积低于下降管50%后,喷射器的性能会受到明显影响,甚至完全失效。对于实验喷射反应器而言,产生的Sauter气泡直径d32在0.8mm～3.0mm之间,主要集中在1.0mm～2.0mm,与鼓泡塔相比有明显的优势,但距离微米级气泡仍有一定差距。本反应器可产生的气液相界面积高达3500m2/m3以上,在一个比较宽的液体流量区间,气液反应面积可维持在2500 m2/m3以上。