《化工原理第03章01改课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理第03章01改课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3.1 概述概述 工业背景工业背景(录像录像)3.1.1 搅拌的目的搅拌的目的(录像录像)(1) 互溶液体的均匀混合互溶液体的均匀混合(2) 多相物体的分散和接触多相物体的分散和接触 气泡分散于液体中气泡分散于液体中 液滴分散于不互溶液体中液滴分散于不互溶液体中 固固体体颗颗粒粒悬悬浮浮于于液液体体中中 (动动画画) (录录像像)(3) 强化传热强化传热第第3章章 液体搅拌液体搅拌3.1.2方法方法 机械搅拌机械搅拌 气流搅拌、射流搅拌、静态混合、管道混合气流搅拌、射流搅拌、静态混合、管道混合3.1.3 搅拌器的类型搅拌器的类型按工作原理可分两大类：按工作原理可分两大类：旋桨式：旋桨旋桨式：旋
2、桨(动画动画) 、螺带式、螺带式(动画动画) 、 锚式锚式(动画动画) 、框式、框式(动画动画)涡轮式：涡轮涡轮式：涡轮(图图) 、平直叶、平直叶(动画动画)3.1.4 混合效果的度量混合效果的度量（1）调匀度）调匀度 I 当当CACA0平均调匀度平均调匀度调匀度与取样尺寸有关调匀度与取样尺寸有关（2）分隔尺度）分隔尺度分散物质微团尺寸（分隔尺度）分散物质微团尺寸（分隔尺度）的大小与调匀度应同时的大小与调匀度应同时作为搅拌效果的描述指作为搅拌效果的描述指标，对不同的物系，其标，对不同的物系，其可能达到的尺度：可能达到的尺度：互溶液体：互溶液体： 分子尺度；分子尺度；不互溶液体或气液：只能达到微
3、团尺度，搅拌越不互溶液体或气液：只能达到微团尺度，搅拌越 激烈微团尺度激烈微团尺度 越小；越小；液固系统：液固系统： 只能大尺度；只能大尺度； 对多相分散物系，分隔尺度（气泡、液滴和固对多相分散物系，分隔尺度（气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布）是搅拌的重要指标。体颗粒的大小和直径分布）是搅拌的重要指标。（3）宏观混合与微观混合）宏观混合与微观混合 设备尺度混合设备尺度混合总体流动总体流动 旋涡尺度混合旋涡尺度混合剪切力场剪切力场 混合效果的度量与考察的尺度有关的。混合效果的度量与考察的尺度有关的。 引入引入混合尺度混合尺度概念。概念。 从设备尺度上考察，两者都是均匀的宏观混从设备尺度上考察
4、，两者都是均匀的宏观混合。当考察尺度缩小到微团或最小的旋涡尺度，合。当考察尺度缩小到微团或最小的旋涡尺度，两者有不同的调均度，即宏观混合有优劣。如从两者有不同的调均度，即宏观混合有优劣。如从分子尺度来考察，即微观混合，两者都不均匀。分子尺度来考察，即微观混合，两者都不均匀。真正的微观混合只有依赖于分子扩散，才能达到真正的微观混合只有依赖于分子扩散，才能达到分子级的均匀。分子级的均匀。3.2 混合机理混合机理3.2.1 搅拌器的两个功能搅拌器的两个功能（1）总体流动）总体流动 将流体输送到搅拌釜内各处将流体输送到搅拌釜内各处 大尺度宏观混合。大尺度宏观混合。（2）强剪切或高度湍动）强剪切或高度湍
5、动 产生剪切力场或旋涡产生剪切力场或旋涡 小尺度宏观混合，促进微观混合。小尺度宏观混合，促进微观混合。注注意意：流流体体不不是是靠靠桨桨叶叶直直接接打打碎碎的的，而而是是靠靠高高剪剪切力场撕碎的。切力场撕碎的。 射流现象射流现象 作用作用 夹带夹带 剪切剪切, 脉动脉动3.2.2 均相液体的混合机理均相液体的混合机理（1）低黏度液体的混合）低黏度液体的混合 总体流动总体流动+高度湍动高度湍动 最小液团尺寸为最小液团尺寸为10m量级量级（2）高黏度及非牛顿流体的混合）高黏度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态多处于层流状态混合机理主要依赖于混合机理主要依赖于 充分的总体流动。充分的总体流动。3.2
6、.3 非均相物系的混合机理非均相物系的混合机理（1）液滴或气泡的分散）液滴或气泡的分散界面张力是抗力，界面张力是抗力，大不易分散大不易分散稳定时，液滴破碎与合并达动态平衡稳定时，液滴破碎与合并达动态平衡液滴大小分布不均的原因：液滴大小分布不均的原因： 叶片附近叶片附近剪切强度大、液滴小；剪切强度大、液滴小； 边角处边角处剪切强度小、液滴大。剪切强度小、液滴大。措施：措施：尽量使釜内湍动程度均匀；尽量使釜内湍动程度均匀；加少量保护胶或表面活性剂，使液滴难以合并。加少量保护胶或表面活性剂，使液滴难以合并。（2）固体颗粒的分散）固体颗粒的分散 细颗粒细颗粒打散颗粒团聚体打散颗粒团聚体 粗颗粒粗颗粒全
7、部颗粒离底悬浮全部颗粒离底悬浮操作转速应大于悬浮临界转速操作转速应大于悬浮临界转速（3）气泡尺度的分布）气泡尺度的分布 原理基本相同，但气液界面张力比液液界面原理基本相同，但气液界面张力比液液界面张力为大，气液密度差大，大气泡易浮升到液张力为大，气液密度差大，大气泡易浮升到液面，因此分散更加困难。面，因此分散更加困难。（3）搅拌器的性能）搅拌器的性能3.3.1 常用搅拌器的性能常用搅拌器的性能（1） 旋桨式搅拌器旋桨式搅拌器(录像录像)qV大，大，H小，轴向流出小，轴向流出叶片端速度叶片端速度515m/s适于低黏度液体适于低黏度液体10Pas（2） 涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器(录像录像)qV小，
8、小，H大，径向流出大，径向流出叶片端速度叶片端速度38m/s适于中等黏度液体适于中等黏度液体50Pas（3） 大叶片低转速搅拌器大叶片低转速搅拌器(录像录像) 锚式、框式、螺带式锚式、框式、螺带式 端部速度端部速度0.51.5m/s适于高黏度液体、颗粒悬浮液适于高黏度液体、颗粒悬浮液 能防止器壁沉积现象能防止器壁沉积现象（4） 性能综述性能综述(录像录像)旋浆式：（工作原理类似轴流泵叶轮）旋浆式：（工作原理类似轴流泵叶轮） 特点大流量、低压头（低剪切，低湍动）；特点大流量、低压头（低剪切，低湍动）； 涡轮式：（工作原理类似离心泵叶轮）涡轮式：（工作原理类似离心泵叶轮） 特点小流量、高压头（强剪
9、切，高湍动）；特点小流量、高压头（强剪切，高湍动）；锚式、框式、螺带式：锚式、框式、螺带式： 特点适应于高黏度的流体；特点适应于高黏度的流体；3.3.2 强化过程的工程措施强化过程的工程措施 不利因素不利因素抑制；有利因素抑制；有利因素调动调动3.3.2.1 不利因素不利因素（1） 打旋打旋 卷入空气卷入空气 电机负荷电机负荷不稳定不稳定 液体溢出液体溢出（2）流体走短路）流体走短路 qV不足不足 有死区有死区（3）阻力不足）阻力不足能量加不进、打滑能量加不进、打滑 3.3.2.2 工程措施工程措施(1) 提高转速提高转速提高流量提高流量qV、压头、压头H(2) 加挡板加挡板消除打旋，增加阻力
10、消除打旋，增加阻力 四块挡板四块挡板全挡板全挡板 (录像录像)(3) 偏心安装偏心安装破坏循环回路破坏循环回路 的对称性的对称性 (录像录像)(4) 装导流筒装导流筒避免短路及死区避免短路及死区3.4 搅拌功率搅拌功率3.4.1 混合效果与功率消耗混合效果与功率消耗功率消耗功率消耗 P =gHqV 增加功率增加功率改善混合效果改善混合效果能量合理有效利用能量合理有效利用与桨形、尺寸选择有关与桨形、尺寸选择有关大尺度：大尺度：qv大；小尺度：大；小尺度：H大；大；P大大 对搅拌器对搅拌器,要求能消耗更多的功率（如设置挡板）要求能消耗更多的功率（如设置挡板）,以获得较好的搅拌效果。（与泵不同）以获
11、得较好的搅拌效果。（与泵不同） 搅拌器设计：不是设法提高效率搅拌器设计：不是设法提高效率，而是设法增，而是设法增加功率加功率P。尽管如此，搅拌装置仍存在能量的有效。尽管如此，搅拌装置仍存在能量的有效利用。利用。 如需要快速分布，要有大流量；如需要快速分布，要有大流量； 如需要高破碎度，要有高湍动。如需要高破碎度，要有高湍动。 所以搅拌装置要针对性地设计。所以搅拌装置要针对性地设计。3.4.2 功率曲线功率曲线(录像录像)（1）影响功率的因素有：）影响功率的因素有： 搅拌器直径搅拌器直径d，叶片数，容器直径，叶片数，容器直径D， 液体高度液体高度h，搅拌器离底距离，档板数。，搅拌器离底距离，档板
12、数。 P =f(d, ,n,h,D)无量纲化无量纲化几何相似条件下，对应边成同一比例，几何相似条件下，对应边成同一比例， 都相同，都相同，此时，此时，（2）功率曲线）功率曲线 功率准数功率准数K与搅拌雷诺数与搅拌雷诺数ReM的关系的关系实验结果为：实验结果为：应用条件：几何相似应用条件：几何相似功率功率 P=Kn3d5层流区：层流区：图图38所示的搅拌器，所示的搅拌器，C71。湍流区湍流区: K为常数，与雷诺数无关。为常数，与雷诺数无关。 图图39中线中线1的的K6.3。上述功率曲线是在单一液体时测定的。上述功率曲线是在单一液体时测定的。对于液液，液固系统要进行校核。对于液液，液固系统要进行校
13、核。3.4.3 搅拌功率的分配搅拌功率的分配当当P=Kn3d5为一定值时为一定值时 或或小直径，高转速小直径，高转速强剪切力场强剪切力场大直径，低转速大直径，低转速大流量大流量转速与直径可根据需要而人为调整转速与直径可根据需要而人为调整在同等功率下，加大直径降低转速，更多的功率在同等功率下，加大直径降低转速，更多的功率用于总体流动；减小直径提高转速，更多的功率用于总体流动；减小直径提高转速，更多的功率用于湍动。根据混合的要求正确选择搅拌器的直用于湍动。根据混合的要求正确选择搅拌器的直径和转速，否则也会浪费功率。径和转速，否则也会浪费功率。3.5 搅拌器的放大搅拌器的放大3.5.1 放大过程（设
14、计）放大过程（设计） 小试小试中试中试工业设计，逐级放大工业设计，逐级放大设计中要解决：设计中要解决：（1） 搅拌器的类型、搅拌釜的形状搅拌器的类型、搅拌釜的形状 看工艺过程特点看工艺过程特点（2） 几何尺寸、转速几何尺寸、转速n、功率、功率P 看放大准则看放大准则几何相似放大几何相似放大便于用同一根功率曲线便于用同一根功率曲线3.5.2 放大准则放大准则（1） 不变，不变，（2） 单位体积能耗单位体积能耗 不变，不变， , （3） 叶片端部切向速度不变，叶片端部切向速度不变，（4） 不变，不变， 具具体体要要看看混混合合效效果果，可可能能这这四四个个准准则则都都不不适适用，须找新的放大规律。
15、用，须找新的放大规律。3.6 其他混合设备其他混合设备(1) 静态混合器静态混合器(录像录像)(2) 管道混合器管道混合器(动画动画) (3) 射流混合器射流混合器(动画动画) (4) 气流搅拌器气流搅拌器(录像录像)本次讲课习题：本次讲课习题：第三章第三章 13工业背景工业背景 返回返回搅拌的目的搅拌的目的 返回返回搅拌釜搅拌釜 返回返回搅拌釜结构搅拌釜结构 返回返回旋桨旋桨 返回返回螺带式螺带式 返回返回锚式锚式 返回返回框式框式 返回返回涡轮涡轮 返回返回平直叶平直叶 返回返回旋桨式搅拌器旋桨式搅拌器 返回返回涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 返回返回大叶片低转速搅拌器大叶片低转速搅拌器 返回返回性能综述性能综述 返回返回加挡板加挡板 返回返回偏心安装偏心安装 返回返回功率曲线功率曲线 返回返回静态混合器静态混合器 返回返回管道混合器管道混合器 返回返回射流混合器射流混合器 返回返回气流搅拌器气流搅拌器 返回返回
