编号：FTJS108152
篇名： 气泡扰动强化撞击流反应器混合特性与制备碳酸钙超细粉体研究
作者： 刘玉成
关键词： 撞击流反应器; 气泡扰动; 混合性能; 碳酸钙粉体; 结晶动力学;
机构：沈阳化工大学
摘要： 撞击流作为一种有效强化相间传递和微观混合的技术,可为沉淀反应体系提供较高的过饱和度,能够有效提高结晶反应速率,广泛应用于粉体制备等领域。本文系统研究了气泡扰动对撞击流反应器混合特性的强化机制,并利用气泡扰动耦合撞击流共沉淀法,实现了不同晶体形式碳酸钙粉体的可控制备。结合流动体系反应动力学和结晶动力学理论,揭示了碳酸钙粉体不同晶型的转化机制,为共沉淀法制备功能材料提供了新的理论依据和技术支撑。主要研究工作如下: （1）利用实验和理论方法研究气泡扰动对撞击流反应器内流场混合特性的影响规律,通过分析混合均匀度与流体混合过程,探究气液流量比（r）与进液流量（Q）对撞击流反应器混合性能的影响。结果表明,流体混合时间随气液流量比的增大先减少后增加,气液流量比r=1.00时混合效率达到最优。分析流场图像发现,气泡扰动可使撞击区湍流强度显著增强,相比于未通入气体,混合速度提高20%。当进液流量从100 L/h提高至400 L/h时,混合时间缩短近40%。 （2）利用气泡扰动强化撞击流共沉淀法,制备得到具有不同晶体形式和含量的碳酸钙粉体。对产物进行微观结构和形貌表征分析,研究工艺条件对碳酸钙晶体析出形式和转化过程的影响机制。结果表明:随着反应温度的升高,碳酸钙晶体析出形式变化为方解石——球霰石——文石。研究发现无定形碳酸钙和花状球霰石等过渡形态,证实了“球霰石溶解——方解石重结晶”的变化机理。气液流量比r=1.00时球霰石稳定性最佳,球霰石含量随气液流量比的增大先降低后升高。为针对性收获不同晶体形式的碳酸钙粉体提供工艺参考。 （3）基于流动体系反应动力学和粒数衡算模型对碳酸钙反应和结晶过程进行研究。实验测得反应速率常数k随气液流量比的增大呈单调递增趋势,表明增加气泡扰动可有效促进碳酸钙沉淀反应进行。对成核速率分析显示,随着气液流量比的增大,球霰石型碳酸钙成核速率先升高后降低。气泡扰动可延长晶核生长时间,防止亚稳态晶型的转变。 （4）通过优化制备工艺参数,实现对球霰石型碳酸钙粒径的精细控制。随着反应物浓度和循环流量的增加,粉体粒径先减小后增大。当反应物浓度C=0.25mol/L,循环流量QL=300 L/h,粉体粒径最小,随着循环撞击时间的增大,粉体粒径逐渐减小。为制备碳酸钙超细粉体提供工艺条件参考。