汽水混合器的微混合特性

根据混合尺度的不同，一般可将混合分为宏观混合、介观混合以及微观混合等微观混合属于一种分子尺度的混合。微观混合效果直接影响一些快速竞争化学反应最终目标产物的收率和质量，例如，光气化反应、重氮偶合反应等。汽水混合器基于局部较高的能过耗散速率和湍动强度，有望为该类反应提供一个良好的强化途径。目前，化学方法被广泛地用于微观混合性能的测定，主要包括三种不同的反应:单一反应体系，连续竞争反应体系和平行竞争反应体系。在这些反应体系中，连续竞争反应体系和平行竞争反应体系被广泛用于评价不同类型混合器的微混合性能。碘化物-碘酸盐反应体系和重氮偶合反应体系分别被认为是典型的平行竞争反应体系和连续竞争反应体系。重氮偶合体系和碘化物-碘酸盐体系都可用于高能量耗散率过程(高达10⁵W/kg)的测定，重氮偶合体系对微混合具有较好的灵敏度，而碘化物-碘酸盐体系具有成本低廉、方便操作等优点。

采用重氨偶合串联竞争反应体系测定连续汽水混合器的微混合性能，研究表明:反应的离集指数X_S随着转的增加和流量的减小而减小，流量对微混合性能和传质性能的影响远小于转子转速的影响;采用卷吸(Engulfment)模型计算出来的微混合时间为毫秒级。

采用碘化物-碘酸盐体系测定汽水混合器的微混合性能，结果表明：X_S不仅随着转子转速的增加和酸浓度的减小而降低，还随着碘化物-碘酸盐-硼酸溶液与硫酸溶液流量比的增加而降低，却随着物料黏度的增加先减小后增加。进料区的物料分散情况与湍动强度对微混合性能有较大影响，通过设置进料分布器将进料直控分布在定转子高湍动能区域可以大大改善齿合型高剪切混合器的微混合性能，采用团聚模型估算得到的最优微混合时间可达10^-5S。

表对比了采用碘化物-碘酸盐体系测定的不同反应器的微混合性能。搅拌釜式反应器的微混合时间的量级为10¹~10²ms;连续管式反应器，其微混合时同的量级为10²~10⁴ms，但其微混合时间可通过加入内构件如静态混合单元和金属泡沫等减小至10⁰ms;旋流混合器的微混合时间可达到10^-2ms，这种混合器可以通过引入旋流并利用空化效应来强化微混合性能;旋转填料床的微混合时间可达到10^-1ms;膜分散式套管反应器(MTMCR)的微混合时间为10⁰ms量级;孔阵列式套管反应器的微混合时间为10^-1ms量级; 汽水混合器的微混合时间在10^-2~10^-1ms之间;因此，汽水混合器能够对快速竞争化学反应过程进行强化。