环形离心接触器中的液-液混合研究比较固定式混合叶片选项
本文目的在于通过环形离心接触器多相操作的比较研究，发现外壳固定混合叶片配置的直接影响，利用几种不同混合叶片选项的许多实验结果，操作 12.5 cm 工程级接触器单元。与弯曲叶片相比，更少的直叶片提供更大的混合区保持力。液滴尺寸分布的定量比较也显示，四个直叶片与八个弯曲叶片的平均直径显著减小。
虽然环形离心接触器除了一些微小的变化和制造考虑外，一直用于溶剂萃取过程，它们的基本设计在此期间没有明显变化。这种接触器乍一看可能看起来很复杂，但当更好地理解它们的操作时，就会发现它们依赖于非常基本的原理，并且作为一个单元只包含一个运动部件——转子。
离心接触器内的流动如下：两个具有不同密度的不混溶液相通过单独的入口进入固定外壳和旋转转子外表面之间的狭窄环形间隙。两种液体的混合发生在这个环形空间中。混合程度、该环形混合区域的总体积保持量以及给定流动条件转子下方的空间是确定目标化学品所需物质的提取程度的主要因素。
固定叶片连接到外壳和转子下方，用于破坏流体分散的旋转并将其引导至转子底部的中央开口。在转子内部，高速旋转产生的力将相分离加速到重力条件下实现的数百倍功效。
当流体在转子中向上流动时，它们完全分离并通过流过各自的堰、离开转子并将它们收集在围绕转子的单独固定槽中而分离。每个阶段离开阶段，并通过重力流出到连续的阶段或收集容器。通过这种方式，接触器使用单个移动部件和紧凑的占地面积执行混合器、离心机和泵的所有动作。
通过在转子仍在运行的情况下停止进料泵并排出混合区来估计混合区域中的相体积，引入了一些不确定性，因为当流体继续从混合区泵送时，仍然没有可靠的混合区滞留测量方法。如果考虑到这些接触器中的液滴尺寸小，它们在操作条件下的快速运动，有许多原位测量方法可用。
在这些条件下，染色的水相是分散的，较暗的区域应该是富水的。这种趋势似乎主导密度变化。可以看出，对于6V和8V的情况，这些区域最为明显，并且在转子轴附近的中心观察到一个额外的反向旋转涡。
较大的 V05 接触器单元的所有叶片类型都具有不会一直延伸到外壳壁的叶片。叶片壁间隙的增加导致壳体壁附近的高旋转速度区域，并降低叶片的泵送效率，从而导致更高的整体环形液体高度。叶片尖端外都有一个高速区域，在直叶片情况下，气流撞击叶片的上游侧，并径向向内流动，它的视觉外观类似于平板上的传统湍流。在叶片的背面，流动分离，并且在叶片的径向中点附近形成不稳定的停滞区域。
但是，对于在相同条件下具有不同叶片的情况，可以定量地比较相对结果。在典型的 ERT 设置中，例如在搅拌罐中，通常只需要一个接地电极。在电场线几何约束较多的离心接触器中，发现需要四个连接在环周围等距的接地电极。
这种情况下的水相分数降低都由空气中夹带的过量部分解释。在4V情况下，有时会在每个象限的旋转区域内形成大的空隙，可以通过透明叶片板目视观察到，因为这些空隙通常延伸到外壳的底部。这些空白在ERT重建中很明显，由于它们的形成、位置和大小在时间上不是固定的，而是可能在某种程度上是周期性的，并且在叶片内区域内表现出旋转的进动轴，所以得到的时间平均数据比任何单个数据帧都更加分散。
对不同混合叶片配置的混合区分散相液滴尺寸进行定量直接比较，可以明确评估通过定性高速成像观察到的混合强度和液体高度差异的影响。虽然可以采用多种测量技术，但这里使用了原位成像，因为它已被证明是最一致的。也就是说，考虑到识别和定量液滴的图像处理过程耗时，可以执行的测量数量变得有些有限。
随后，重新配置了设置，允许在叶片板的中心进行测量，为两种叶片类型之间的比较提供最一致的位置，并避免由于靠近叶片或几何形状相对于测量位置的不对称而导致的局部变化。当以这种方式成像多相流过窗口时，必须接受的一个限制是，虽然避免使用侵入式探头，但只能观察到靠近壁的层中的液滴。
结论：
这些结果表明，当以低于最大产量的50%的总吞吐量运行过程时，使用四直叶片配置提供了增强混合和工艺改进的潜力，会采用较低的流速，擦洗和带材部分的吞吐量可能明显低于提取部分，可能会选择在那里选择不同的外壳叶片以提高这些阶段的性能。对于使用固定叶片配置在设备吞吐量的整个范围内进行一般操作，六个直叶片可以在吞吐量灵活性和混合优化之间实现最佳平衡。
参考文献：
格罗夫纳，《一种高容量环形离心接触器》
伦茨，《高速环形离心接触器的开发和性能》
西德，《分离过程原则》
伦纳德，《离心场中圆形堰上的流动》
