真空攪拌脫泡是高粘度液體的一種有效脫泡方式。對于高粘度液體中的氣泡, 單靠自身的浮力上升, 其速度是極其緩慢的, 攪拌槽內(nèi)生成的氣泡主要依靠攪拌被帶到近液面而逸出。建立了攪拌流場中的氣泡運動方程, 獲得了氣泡在流場中的相對運動速度。計算了氣泡從液面逸出的總時間。真空攪拌脫泡過程主要發(fā)生在液面, 論文分析了攪拌槽內(nèi)真空度大小、主流體循環(huán)到液面的次數(shù)和主流體在液面停留時間對脫泡的影響。為保證氣泡在近液面有足夠的停留時間掙脫液面張力, 必須要有一個合理攪拌轉(zhuǎn)速。

　　由于真空狀態(tài)下能顯示出許多常壓狀態(tài)下無法出現(xiàn)的工藝新特點, 真空脫泡技術在石油、化工、冶金、紡織與染料等眾多工業(yè)領域被廣泛應用。在高粘度液體脫泡過程中應用較多的是真空攪拌脫泡及真空薄膜脫泡等方法。對于真空攪拌脫泡, 目前很少有這方面的理論研究。從理論上對脫泡機理進行深入分析, 有助于對物料快速有效地進行脫泡處理, 具有十分重要的理論意義和工程應用價值。本文主要是從理論上分析真空攪拌脫泡過程。

　　首先分析了高粘度液體中氣泡形成的原因及高粘度液體的脫泡方法, 然后針對一高粘度液體組合脫泡設備的攪拌結(jié)構部分的主流場特性進行了分析, 建立了主流體中的氣泡運動方程, 獲得了氣泡在主流場中的相對運動速度, 根據(jù)氣泡相對運動速度計算了氣泡從液面逸出的時間, 并對靜止液面的真空脫泡與運動液面的真空脫泡進行了對比分析。

1、高粘度液體脫泡

　　液體中氣泡的產(chǎn)生是一個非常復雜的問題, 對于液體中氣泡的形成機理, 較為普遍認同的觀點是空化現(xiàn)象(cavitation) , 即: 由于氣體具有一定的溶解度, 通常以氣泡核的形式存在于液體中, 當液體在極短的時間內(nèi)流過一個絕對壓強很低的區(qū)域時, 氣泡核會快速蒸發(fā)或游離出來的現(xiàn)象。液體中的氣泡核尺寸很小, 通常其直徑為10^{- 3}~ 1 mm, 用肉眼無法看到。本文采用的液體物料主要用于生產(chǎn)紡絲纖維, 微氣泡的存在嚴重影響了紡絲的質(zhì)量, 所以本文將以直徑為0.1 mm 的單一微小氣泡進行研究。

　　在高粘度流體中, 影響氣泡產(chǎn)生、生長及逸出的主要因素除了壓力外, 液體的粘性、表面張力及液體的密度等也是不容忽視的因素。對于脫泡問題, 一些文獻對其進行了深入的理論分析、仿真計算和實驗研究。Vincent F. Chevrier研究發(fā)現(xiàn), 由于液體表面曳力的作用, 氣泡到達液體界面時, 不是立即從液面分離, 而要在界面下停滯一定的時間。AAKendoush給出了在液體流動過程中氣泡破裂的曳力系數(shù)的預測公式。要想能有效地對高粘度物料進行脫泡, 則必須從這些影響因素進行考慮, 對高粘度液體中氣泡的運動特性進行分析, 以便采用相應的脫泡方法進行脫泡。

　　氣泡從液面下上升到近液面, 并從近液面逸出到另一種介質(zhì)中通�？煞譃樗膫�階段 : 氣泡在外力作用下運動到液面; 在界面處形成液膜; 薄膜破裂; 氣泡從液面分離或氣泡破裂。氣泡在液體中的上升速度由多種因素決定, 假設氣泡為球形, 則氣泡上升的速度ut 可由Stokes 公式計算

5、結(jié)論

　　本文對真空環(huán)境下雙錐形螺帶攪拌槽內(nèi)的流體進行了分析。建立了主流場中的氣泡運動方程, 獲得了氣泡在主流體中的運動速度計算公式。并根據(jù)氣泡與主流體的相對運動速度計算了氣泡從液面逸出的總時間。可得出如下結(jié)論:

　　(1) 對于高粘度液體物料中的氣泡, 單靠自身的浮力, 上升速度是極其緩慢的。真空攪拌脫泡過程主要發(fā)生在液面, 攪拌作用有利于物料中的氣泡被帶出。

　　(2) 在相同的真空條件下, 靜止液面下氣泡臨界破裂直徑要比在運動液面時的大, 從而脫泡時間也要相應延長。讓液面具有一定的流動速度, 有利于脫泡。

　　(3) 在攪拌過程中, 氣泡的運動速度稍滯后于主流體質(zhì)點, 即兩者之間存在相對速度滑移。而當主流體流動穩(wěn)定后, 相對滑移速度幾乎不再發(fā)生變化。

　　(4) 對真空攪拌脫泡起決定作用的主要有三個因素: 攪拌槽內(nèi)真空度大小, 主流體循環(huán)到液面的次數(shù)及主流體在液面的停留時間。為保證主流體在液面有較長的停留時間, 攪拌槳葉在結(jié)構形式要求有較強的軸向流動和循環(huán)能力。

　　(5) 氣泡到達近液面后, 其逸出時間為膨脹時間和停留時間之和。為保證氣泡在近液面有足夠的停留時間掙脫液面張力, 應有一個合理的攪拌轉(zhuǎn)速。