環形離心接觸器中的液-液混合研究比較固定式混合葉片選項
本文目的在于通過環形離心接觸器多相操作的比較研究，發現外殼固定混合葉片配置的直接影響，利用幾種不同混合葉片選項的許多實驗結果，操作 12.5 cm 工程級接觸器單元。與彎曲葉片相比，更少的直葉片提供更大的混合區保持力。液滴尺寸分布的定量比較也顯示，四個直葉片與八個彎曲葉片的平均直徑顯著減小。
雖然環形離心接觸器除了一些微小的變化和制造考慮外，一直用于溶劑萃取過程，它們的基本設計在此期間沒有明顯變化。這種接觸器乍一看可能看起來很複雜，但當更好地了解它們的操作時，就會發現它們依賴于非常基本的原理，并且作為一個單元隻包含一個運動部件——轉子。
離心接觸器内的流動如下：兩個具有不同密度的不混溶液相通過單獨的入口進入固定外殼和旋轉轉子外表面之間的狹窄環形間隙。兩種液體的混合發生在這個環形空間中。混合程度、該環形混合區域的總體積保持量以及給定流動條件轉子下方的空間是确定目标化學品所需物質的提取程度的主要因素。
固定葉片連接配接到外殼和轉子下方，用于破壞流體分散的旋轉并将其引導至轉子底部的中央開口。在轉子内部，高速旋轉産生的力将相分離加速到重力條件下實作的數百倍功效。
當流體在轉子中向上流動時，它們完全分離并通過流過各自的堰、離開轉子并将它們收集在圍繞轉子的單獨固定槽中而分離。每個階段離開階段，并通過重力流出到連續的階段或收集容器。通過這種方式，接觸器使用單個移動部件和緊湊的占地面積執行混合器、離心機和泵的所有動作。
通過在轉子仍在運作的情況下停止進料泵并排出混合區來估計混合區域中的相體積，引入了一些不确定性，因為當流體繼續從混合區泵送時，仍然沒有可靠的混合區滞留測量方法。如果考慮到這些接觸器中的液滴尺寸小，它們在操作條件下的快速運動，有許多原位測量方法可用。
在這些條件下，染色的水相是分散的，較暗的區域應該是富水的。這種趨勢似乎主導密度變化。可以看出，對于6V和8V的情況，這些區域最為明顯，并且在轉子軸附近的中心觀察到一個額外的反向旋轉渦。
較大的 V05 接觸器單元的所有葉片類型都具有不會一直延伸到外殼壁的葉片。葉片壁間隙的增加導緻殼體壁附近的高旋轉速度區域，并降低葉片的泵送效率，進而導緻更高的整體環形液體高度。葉片尖端外都有一個高速區域，在直葉片情況下，氣流撞擊葉片的上遊側，并徑向向内流動，它的視覺外觀類似于平闆上的傳統湍流。在葉片的背面，流動分離，并且在葉片的徑向中點附近形成不穩定的停滞區域。
但是，對于在相同條件下具有不同葉片的情況，可以定量地比較相對結果。在典型的 ERT 設定中，例如在攪拌罐中，通常隻需要一個接地電極。在電場線幾何限制較多的離心接觸器中，發現需要四個連接配接在環周圍等距的接地電極。
這種情況下的水相分數降低都由空氣中夾帶的過量部分解釋。在4V情況下，有時會在每個象限的旋轉區域内形成大的空隙，可以通過透明葉片闆目視觀察到，因為這些空隙通常延伸到外殼的底部。這些空白在ERT重建中很明顯，由于它們的形成、位置和大小在時間上不是固定的，而是可能在某種程度上是周期性的，并且在葉片内區域内表現出旋轉的進動軸，是以得到的時間平均資料比任何單個資料幀都更加分散。
對不同混合葉片配置的混合區分散相液滴尺寸進行定量直接比較，可以明确評估通過定性高速成像觀察到的混合強度和液體高度差異的影響。雖然可以采用多種測量技術，但這裡使用了原位成像，因為它已被證明是最一緻的。也就是說，考慮到識别和定量液滴的圖像處理過程耗時，可以執行的測量數量變得有些有限。
随後，重新配置了設定，允許在葉片闆的中心進行測量，為兩種葉片類型之間的比較提供最一緻的位置，并避免由于靠近葉片或幾何形狀相對于測量位置的不對稱而導緻的局部變化。當以這種方式成像多相流過視窗時，必須接受的一個限制是，雖然避免使用侵入式探頭，但隻能觀察到靠近壁的層中的液滴。
結論：
這些結果表明，當以低于最大産量的50%的總吞吐量運作過程時，使用四直葉片配置提供了增強混合和工藝改進的潛力，會采用較低的流速，擦洗和帶材部分的吞吐量可能明顯低于提取部分，可能會選擇在那裡選擇不同的外殼葉片以提高這些階段的性能。對于使用固定葉片配置在裝置吞吐量的整個範圍内進行一般操作，六個直葉片可以在吞吐量靈活性和混合優化之間實作最佳平衡。
參考文獻：
格羅夫納，《一種高容量環形離心接觸器》
倫茨，《高速環形離心接觸器的開發和性能》
西德，《分離過程原則》
倫納德，《離心場中圓形堰上的流動》
