淺談實驗室加氫反應釜的3種攪拌形式

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zui初在液相催化加氫中得到了廣泛的應用。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[2]，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，導致反應速率很慢。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中，當氫氣從下方通入反應釜后，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用。其中應用zui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*的效果。在反應釜中，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，大量未反應的氫氣聚積在反應器內(nèi)的上部空間，嚴重影響了反應速率和效率。因此，很多科研人員開始考慮開發(fā)新的設備以提高氣液相的接觸面積，從而提高反應的時空收率。