《聚合反应工程基础：第五章 搅拌聚合釜内流体的1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《聚合反应工程基础：第五章 搅拌聚合釜内流体的1（102页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合搅拌聚合釜内流体的流动与混合1、 搅拌器与流动特征搅拌器与流动特征 定义定义功能功能搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。部件。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。原理原理搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动液成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动。体在搅拌容器内循环流动。流型流型 流体循环流动的途径。流体循环流动的途径。1电
2、动机；电动机；2减速机；减速机；3机架；机架；4人孔；人孔；5密封装置；密封装置；6进料口；进料口；7上封头；上封头；8筒体：筒体：9联轴器；联轴器；10搅拌轴；搅拌轴；11夹套；夹套；12载热介质出口；载热介质出口；13挡板；挡板；14螺旋导流板；螺旋导流板；15轴向流搅拌器；轴向流搅拌器；16径向流搅拌器；径向流搅拌器；17气体分布器；气体分布器；18下封头；下封头；19出料口；出料口；20载热介质进口；载热介质进口；21气体进口气体进口图图1 通气式搅拌反应器通气式搅拌反应器典型结构典型结构第二节第二节 搅拌釜内流体的流动状况搅拌釜内流体的流动状况循环流动循环流动径向流动、轴向流动、切线
3、流动径向流动、轴向流动、切线流动流型决定因素流型决定因素取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特征，以及流体性质、搅拌器转速等因素。特征，以及流体性质、搅拌器转速等因素。搅拌机顶插式中心安装搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型立式圆筒的三种基本流型径向流径向流轴向流轴向流切向流切向流流型流型流体流动方向垂直于流体流动方向垂直于搅拌轴，搅拌轴，沿径向流动沿径向流动，碰到容器壁面分成二碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、不穿过叶片，形成上、下二个循环流动。下二个循环流动。(
4、a)径向流径向流图图2搅拌器与流型搅拌器与流型(a) 径向流径向流流体流动方向流体流动方向平行于平行于搅拌轴搅拌轴，流体由桨叶，流体由桨叶推动，使流体向下流推动，使流体向下流动，遇到容器底面再动，遇到容器底面再向上翻，形成上下循向上翻，形成上下循环流。环流。(b)轴向流轴向流图图3 搅拌器与流型搅拌器与流型(b) 轴向流轴向流无挡板的容器内，流无挡板的容器内，流体体绕轴作旋转运动绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会流速高时液体表面会形成漩涡，流体从桨形成漩涡，流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混叶区的流量很小，混合效果很差。合效果很差。(c)切向流切向流图图4 搅拌器与
5、流型搅拌器与流型(c) 切向流切向流上述三种流型通常同时存在上述三种流型通常同时存在轴向流与径向流对混合起主要作用轴向流与径向流对混合起主要作用切向流应加以抑制切向流应加以抑制采用挡板可削弱切向流，采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流增强轴向流和径向流除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式、卧式等安装方式，见图插式、斜插式、卧式等安装方式，见图4.不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。图图4 搅拌器在容器内的安装方式搅拌器在容器内的安装方式(a) 垂直垂直偏心式偏心式(b) 底插式底
6、插式(c) 侧插式侧插式(d) 斜插式斜插式(e) 卧式卧式剪切流动剪切流动搅拌产生湍动形成小涡旋，对其中或周围流搅拌产生湍动形成小涡旋，对其中或周围流体微元产生剪切作用，促使气泡、液滴细微体微元产生剪切作用，促使气泡、液滴细微化，使局部混合及异相表面化，使局部混合及异相表面 更新，达到传更新，达到传热、传质、分散作用。热、传质、分散作用。二、搅拌雷诺数与流态二、搅拌雷诺数与流态三、挡板与导流筒三、挡板与导流筒1.挡板挡板后果后果随转速增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，外面空气进随转速增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，外面空气进入桨叶被吸到液体中，使其密度减小，混合效果降低。入桨叶被吸到液体中，使
7、其密度减小，混合效果降低。一般在容器内壁面均匀安装一般在容器内壁面均匀安装4块挡板块挡板宽度为容器直径的宽度为容器直径的1/121/10。将切线流动转变为轴向流动或将切线流动转变为轴向流动或径向流动；径向流动；增大被搅拌流体的湍动程度。增大被搅拌流体的湍动程度。层流区和粘度大于层流区和粘度大于60Pa.s 流体流体不必设置挡板。不必设置挡板。挡板的作用挡板的作用全挡板条件全挡板条件当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再增加当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再增加时，称为时，称为全挡板条件全挡板条件。全挡板条件与挡板数量和宽度有关。全挡板条件与挡板数量和宽度有关。搅拌容器中的传热蛇管可部分
8、或搅拌容器中的传热蛇管可部分或全部代替挡板，装有垂直换热管全部代替挡板，装有垂直换热管时一般可不再安装挡板。时一般可不再安装挡板。图图5 挡板挡板 2.导流筒导流筒控制回流的速度和方控制回流的速度和方向。向。加强浆叶对流体的直加强浆叶对流体的直接剪切作用；接剪切作用；限定流体循环路径。限定流体循环路径。提高混合效率。提高混合效率。上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌混合中起导流上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌混合中起导流作用。作用。作用作用(a)涡轮式或桨涡轮式或桨式搅拌器式搅拌器 导流筒置于导流筒置于桨叶的桨叶的上方上方(b)推进式搅拌器推进式搅拌器 导流筒套在桨导流筒套在桨 叶叶外面外面，
9、或略，或略 高于桨叶高于桨叶图图6 导流筒导流筒结构结构当搅拌器置于导流筒之下，且容器直径又较大当搅拌器置于导流筒之下，且容器直径又较大时，导流筒的下端直径应缩小，使下部开口小时，导流筒的下端直径应缩小，使下部开口小于搅拌器的直径。于搅拌器的直径。通常导流筒上端低于静液面，筒身上开孔或槽，通常导流筒上端低于静液面，筒身上开孔或槽，当液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。当液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分，导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分，导流筒直径约为容器直径的导流筒直径约为容器直径的70%70%。装导流筒可以避免短路及死区按流体流动形态按
10、流体流动形态轴向流搅拌器轴向流搅拌器径向流搅拌器径向流搅拌器按桨叶结构按桨叶结构分为分为平叶平叶 折叶折叶 螺旋面叶螺旋面叶桨式、涡轮式、框式和桨式、涡轮式、框式和锚式的桨叶都有平叶和锚式的桨叶都有平叶和折叶两种结构折叶两种结构推进式、螺杆式和螺带推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶式的桨叶为螺旋面叶混合流搅拌器混合流搅拌器轴向流搅拌器轴向流搅拌器第三节搅拌器的构形与选择第三节搅拌器的构形与选择一、搅拌器分类一、搅拌器分类 按搅拌按搅拌用途分为用途分为低低粘流体粘流体用搅拌器用搅拌器高高粘流体粘流体用搅拌器用搅拌器低粘流体搅拌器有：低粘流体搅拌器有：推进式、长薄叶螺旋桨、推进式、长薄叶螺旋桨
11、、桨式、开启涡轮式、圆盘桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、框桨式、三叶后弯式、MIG和改进和改进MIG等。等。高粘流体搅拌器有：高粘流体搅拌器有：锚式、框式、锯齿圆盘式、锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨式、螺带式（单螺带、螺旋桨式、螺带式（单螺带、双螺带）、螺旋双螺带）、螺旋螺带式等。螺带式等。图图7 搅拌器流型分类图谱搅拌器流型分类图谱 轴流式轴流式混流式混流式径流式径流式搅拌器搅拌器布鲁马金式布鲁马金式MIG型搅拌器 Sabre形状叶片桨 螺旋推进式型桨叶 带有450倾斜平板叶片的轴向搅拌桨 RUSHTON桨叶单层六平叶圆盘涡轮桨 二、几种
12、常用搅拌器：二、几种常用搅拌器：1. 桨式搅拌器桨式搅拌器 结构最简单结构最简单叶片用扁钢制成，焊叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是毂上，叶片数是2、3或或4 片，叶片形式可片，叶片形式可分为平直叶式和折叶分为平直叶式和折叶式两种。式两种。图图18 桨式搅拌器桨式搅拌器 主要应用主要应用也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。液液液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固液系中多用于防止固体沉降。液系中多
13、用于防止固体沉降。主要用于流体的循环，由于在同样排量下，折叶式主要用于流体的循环，由于在同样排量下，折叶式比平直叶式的功耗少，操作费用低，故比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使轴流桨叶使用较多用较多。桨式搅拌器的转速一般为桨式搅拌器的转速一般为20100r/min ，最高粘度为最高粘度为20Pas 。其常用参数见表。其常用参数见表5。缺点缺点不能用于以保持气体和以细微化为目的不能用于以保持气体和以细微化为目的的气的气液分散操作中。液分散操作中。表表5 桨式搅拌器常用参数桨式搅拌器常用参数常用尺寸常用尺寸常用运常用运转条件条件常用介常用介质粘度范粘度范围流流动状状态备注注d/D=0.35
14、0.8b/d=0.10.25Bn=2n=1100r/minv=1.05.0m/s小于小于2Pas 低低转速速时水平水平环向流向流为主；主；转速速高高时为径向流；径向流；有有挡板板时为上下上下循循环流流当当d/D=0.9以上，以上，并并设置多置多层桨叶叶时，可用于高粘，可用于高粘度液体的低速度液体的低速搅拌。在拌。在层流区操流区操作，适用的介作，适用的介质粘度可达粘度可达100Pas,v=1.03.0m/s折叶式折叶式=45，60折叶式有轴向、折叶式有轴向、径向和环向分流径向和环向分流作用作用 注：注：n转速；转速； v叶端线速度；叶端线速度； Bn叶片数；叶片数； d搅拌器直径；搅拌器直径；D
15、容器内径：容器内径：折叶角。折叶角。 2. 推进式搅拌器推进式搅拌器 推进式搅拌器（又称船用推进器）推进式搅拌器（又称船用推进器）常用于低粘流体中。常用于低粘流体中。结构结构标准推进式搅拌器有三瓣叶标准推进式搅拌器有三瓣叶片，其螺距与桨直径片，其螺距与桨直径d相等。相等。它直径较小，它直径较小，d/D=1/41/3，叶端速度一般为，叶端速度一般为 710 m/s，最高达，最高达15 m/s。图图19 推进式搅拌器推进式搅拌器 特点特点 搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构 简单，制造方便。简单，制造方便。 搅拌时搅拌时流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状
16、螺旋形排流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排 出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形 成轴向流动。成轴向流动。循环性能好，剪切作用不大，循环性能好，剪切作用不大，属于属于循环型循环型搅拌器搅拌器应用应用粘度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好粘度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好的搅拌效果。的搅拌效果。主要用于液液系混合、使温度均匀，在低浓度固液系主要用于液液系混合、使温度均匀，在低浓度固液系中防止淤泥沉降等中防止淤泥沉降等改进改进容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、搅拌器倾斜，可防止漩涡形成。搅拌器倾
17、斜，可防止漩涡形成。常用参数见表常用参数见表6表表6 推进式搅拌器常用参数推进式搅拌器常用参数常用尺寸常用尺寸常用运常用运转条件条件常用介常用介质粘度范粘度范围流流动状状态备注注d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)p/d=1,2Bn=2,3,4(以以3居多居多)p螺距螺距n=100500r/minv=315m/s小于小于2Pas轴流型，循流型，循环速率高，速率高，剪切力小。剪切力小。采用采用挡板或板或导流筒流筒则轴向循向循环更更强强最高最高转速可达速可达1750r/min:最高最高叶端叶端线速度可达速度可达25m/s。转速在速在500r/min以下，以下，适用介适用介质粘度可粘度可达达
18、50Pa.s 涡轮式搅拌器（又称透涡轮式搅拌器（又称透平式叶轮），是应用较平式叶轮），是应用较广的一种搅拌器，能有广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理粘度拌操作，并能处理粘度范围很广的流体。见图范围很广的流体。见图20。3涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 图图20 涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为涡轮式搅拌器分为开式开式盘式盘式开式有：开式有：平直叶、斜叶、弯叶等。平直叶、斜叶、弯叶等。叶片数为叶片数为2叶和叶和4叶叶盘式有：盘式有：圆盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘弯叶等。叶片数常圆盘弯叶等。叶片数常为为6叶。叶。为改善流动状况，为改善
19、流动状况，有时把桨叶制成凹形或箭形有时把桨叶制成凹形或箭形应用应用 涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液液分散、液分散、液液固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。平直叶平直叶剪切作用较大，属剪切型搅拌器。剪切作用较大，属剪切型搅拌器。弯叶弯叶 指叶片朝着流动方向弯曲，可降低功率指叶片朝着流动方向弯曲，可降低功率 消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。表表7 涡轮式搅
20、拌器常用参数涡轮式搅拌器常用参数型式型式常用尺寸常用尺寸常用运常用运转条件条件常用介常用介质粘粘度范度范围流流动状状态备注注开式开式涡轮d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)b/d=0.2Bn=,3,4,6,8(以以6居多居多)折叶式折叶式=30,45,60后弯式后弯式=30,50,60后弯角后弯角n=10300r/minv=410m/s折叶式折叶式v=26m/s小于小于50Pas，折叶和后弯折叶和后弯叶小于叶小于10Pas平直叶、平直叶、后弯叶后弯叶为径向流型。径向流型。在有在有挡板板时以以桨叶叶为界形成界形成上下两个上下两个循循环流。流。折叶的折叶的还有有轴向分向分流，近于流，近于轴
21、流型流型最高最高转速速可达可达600r/min圆盘上下上下液体的混液体的混合不如开合不如开式式涡轮盘式式涡轮d:l:b=20:5:4d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)Bn=4,6,8=45,60=45n=10300r/minv=410m/s折叶式折叶式v=26m/s小于小于50Pas，折叶和折叶和后弯叶后弯叶小于小于10Pas4锚式搅拌器锚式搅拌器 结构简单。结构简单。适用于粘度在适用于粘度在100Pas以下的流体搅拌，当流以下的流体搅拌，当流体粘度在体粘度在10100Pas时，可在锚式桨中间加时，可在锚式桨中间加一横桨叶，即为一横桨叶，即为框式搅框式搅拌器，拌器，以增加容器中部以增
22、加容器中部的混合。的混合。图图21 锚式搅拌器锚式搅拌器 应用应用锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合要求不太高的场合。要求不太高的场合。由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、晶析操作。晶析操作。常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。当搅拌粘度大于当搅拌粘度大于100Pas 的流体时，应采用螺带的流体时，应采用螺带式或螺杆式。式或螺杆式。常用尺寸常用尺寸常用运常用运转条条件件常
23、用介常用介质粘度范粘度范围流流动状状态备注注d/D=0.90.98b/D=0.1h/D=0.48 1.0n=1100r/minv=15m/s小于小于100Pas不同高度不同高度上的水平上的水平环向流向流为了增大了增大搅拌范拌范围，可，可根据需要在根据需要在桨叶上增加叶上增加立叶立叶和和横梁横梁表表8 锚式搅拌器常用参数锚式搅拌器常用参数二、搅拌器的选用二、搅拌器的选用选用搅拌器的要求选用搅拌器的要求P151 仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表9。（一）按搅拌目的选型（一）按搅拌目的选型常用的搅拌器选用方法：常用的搅拌器选用方法：搅拌目的拌目的挡板条件板条件推荐形式
24、推荐形式流流动状状态互溶液体的混合及互溶液体的混合及在其中在其中进行化学反行化学反应无无挡板板三叶折叶三叶折叶涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮、桨式、式、圆盘涡轮 湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有有导流筒流筒三叶折叶三叶折叶涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮、推推进式式有或无有或无导流筒流筒桨式、螺杆式、框式、螺式、螺杆式、框式、螺带式、式、锚式式层流流( (高粘流体高粘流体) )固固液相分散及在液相分散及在其中溶解和其中溶解和进行化行化学反学反应有或无有或无挡板板桨式、六叶折叶开启式式、六叶折叶开启式涡轮湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有有导流筒流筒三叶折叶三叶折叶涡轮、六叶
25、折叶开启、六叶折叶开启涡轮、推推进式式有或无有或无导流筒流筒螺螺带式、螺杆式、式、螺杆式、锚式式层流流( (高粘流体高粘流体) )液液液相分散（互液相分散（互溶的液体）及在其溶的液体）及在其中中强强化化传质和和进行行化学反化学反应有有挡板板三叶折叶三叶折叶涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮、桨式、式、圆盘涡轮式、推式、推进式式湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )表表9 搅拌目的与推荐的搅拌器形式搅拌目的与推荐的搅拌器形式液液液相分散液相分散（不互溶的液体）（不互溶的液体）及在其中及在其中强强化化传质和和进行化学反行化学反应有有挡板板圆盘涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮湍流湍流( (低粘流
26、体低粘流体) )有反射物有反射物三叶折叶三叶折叶涡轮有有导流筒流筒三叶折叶三叶折叶涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮、推推进式式有或无有或无导流筒流筒螺螺带式、螺杆式、式、螺杆式、锚式式层流流( (高粘流体高粘流体) )气气液相分散及液相分散及在其中在其中强强化化传质和和进行化学反行化学反应有有挡板板圆盘涡轮、闭式式涡轮湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有反射物有反射物三叶折叶三叶折叶涡轮有有导流筒流筒三叶折叶三叶折叶涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮、推推进式式有有导流筒流筒螺杆式螺杆式层流流( (高粘流体高粘流体) )无无导流筒流筒锚式、螺式、螺带式式表表9 搅拌目的与推荐的搅拌器形
27、式（续）搅拌目的与推荐的搅拌器形式（续）（二）按搅拌器型式和适用条件选型（二）按搅拌器型式和适用条件选型推进式搅拌器推进式搅拌器用于低粘度流体的混合，循环能力强，用于低粘度流体的混合，循环能力强， 动力消耗小，可应用到很大容积的搅动力消耗小，可应用到很大容积的搅 拌容器中。拌容器中。 桨式搅拌器桨式搅拌器 结构简单，在小容积的流体混合中应结构简单，在小容积的流体混合中应 用较广，对大容积的流体混合，循环用较广，对大容积的流体混合，循环 能力不足。能力不足。涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器应用范围较广，各种搅拌操作都适用，应用范围较广，各种搅拌操作都适用， 但流体粘度不宜超过但流体粘度不宜超过50Pas
28、。表表10 是以是以操作目的操作目的和搅拌器和搅拌器流动状态流动状态选用搅拌选用搅拌器的器的锚式、螺杆式、螺带式锚式、螺杆式、螺带式适用于高粘流体的混合。适用于高粘流体的混合。表表10 搅拌器型式和适用条件搅拌器型式和适用条件注：有注：有者为可用，空白者不详或不合用者为可用，空白者不详或不合用 均相液体的混合：混合、搅动均相液体的混合：混合、搅动控制因素：液体在反应器中的容积循环速率控制因素：液体在反应器中的容积循环速率可选择任何类型的搅拌器可选择任何类型的搅拌器非均相液体的混合：分散、悬浮非均相液体的混合：分散、悬浮控制因素：液滴的大小及容积循环速率控制因素：液滴的大小及容积循环速率可选择涡
29、轮式可选择涡轮式固体悬浮：悬浮、分散固体悬浮：悬浮、分散控制因素：容积循环速率及流动的湍流程度控制因素：容积循环速率及流动的湍流程度根据固体颗粒的性质及固含量选择根据固体颗粒的性质及固含量选择开启式：固体颗粒较大，固液比开启式：固体颗粒较大，固液比30%30%推进式：固体颗粒较小，固液比推进式：固体颗粒较小，固液比50%50%桨式：固体颗粒较小，固液比在桨式：固体颗粒较小，固液比在60%-90%60%-90%（三）按工艺过程的操作类别选型（三）按工艺过程的操作类别选型气体吸收及气气体吸收及气- -液反应：分散、混合液反应：分散、混合控制因素：局部剪切作用，容积循环速率控制因素：局部剪切作用，容
30、积循环速率及高转数及高转数可选择圆盘式涡轮可选择圆盘式涡轮高粘度反应体系：混合、搅动高粘度反应体系：混合、搅动控制因素：容积循环速率控制因素：容积循环速率可选择涡轮式、锚式、框式、螺杆式、螺可选择涡轮式、锚式、框式、螺杆式、螺带式、特殊型式带式、特殊型式（三）按工艺过程的操作类别选型（三）按工艺过程的操作类别选型第四节第四节 搅拌功率的计算搅拌功率的计算搅拌器所需功率：搅拌器所需功率：搅拌器轴功率搅拌器轴功率(P)搅拌轴封所消耗的功率搅拌轴封所消耗的功率(Pm=10%-15%P)机械传动所消耗的功率机械传动所消耗的功率(机械传动效率机械传动效率为为0.8-0.95)搅拌器电机功率搅拌器电机功率
31、搅拌过程的因次分析搅拌过程的因次分析功率函数功率函数二、搅拌转速的确定二、搅拌转速的确定2.2.颗粒悬浮类型颗粒悬浮类型第六节第六节 搅拌器的混合特性搅拌器的混合特性一、混合机理及混合特性一、混合机理及混合特性 均匀度指一种或几种组分的浓度或其他物理量如温度等均匀度指一种或几种组分的浓度或其他物理量如温度等分布的均匀性。分布的均匀性。（1）分离尺度分离尺度（separation size）：）：反映了团块的大小反映了团块的大小。表示表示组分或热量这类可分散的组分或热量这类可分散的“参量参量”的的未分散部分的大小未分散部分的大小。混合。混合在很大程度上是流体团块之间的混合，某参量的未分散部分就在
32、很大程度上是流体团块之间的混合，某参量的未分散部分就与流体团块相对应，表示流体团块大小的平均值。（或局部小与流体团块相对应，表示流体团块大小的平均值。（或局部小区域体积平均值）区域体积平均值）（一）混合的均匀度（一）混合的均匀度（2）分离强度分离强度（separation intensity）：）：反映了两种物质互相反映了两种物质互相渗透的程度渗透的程度。二相邻团块间浓度、温度等二相邻团块间浓度、温度等参量的差异参量的差异，用分离，用分离强度表示，它同时也表示团块中的参量值与完全均匀后的参量强度表示，它同时也表示团块中的参量值与完全均匀后的参量平均值之间的差异。（对混合来说，表示局部区域内的浓
33、度与平均值之间的差异。（对混合来说，表示局部区域内的浓度与平均浓度之间的偏差，也反映均匀性）平均浓度之间的偏差，也反映均匀性）横坐标表示分离尺度，横坐标表示分离尺度，从左往右，方格愈来愈从左往右，方格愈来愈大，即分离尺度愈来愈大，即分离尺度愈来愈大，混合物的均匀性愈大，混合物的均匀性愈来愈差，分离尺度所衡来愈差，分离尺度所衡量的是宏观混合的结果。量的是宏观混合的结果。由下至上相邻方格中黑由下至上相邻方格中黑点数目的差异愈来愈大，点数目的差异愈来愈大，表示分离强度愈来愈大，表示分离强度愈来愈大，混合物的均匀性愈来愈混合物的均匀性愈来愈差，分离强度所衡量的差，分离强度所衡量的是微观混合的结果。是微
34、观混合的结果。用坐标直观表示如下：用坐标直观表示如下：（二）混合机理（二）混合机理宏观流动、微观流动、分子扩散宏观流动、微观流动、分子扩散1.对流混合：质点的迁移。对流混合：质点的迁移。对互不相溶组对互不相溶组分的混合，由于混合器运动部件表面对分的混合，由于混合器运动部件表面对物料的相对运动，分离尺度逐渐降低，物料的相对运动，分离尺度逐渐降低，但因物料内部不存在分子扩散现象，故但因物料内部不存在分子扩散现象，故分离强度不可能降低。这种混合称对流分离强度不可能降低。这种混合称对流混合。对流混合的制品质量应以前述的混合。对流混合的制品质量应以前述的第三项条件为合格标准。第三项条件为合格标准。2、分
35、分子子扩扩散散混混合合：两两种种物物质质间间分分子子互互相相渗渗透透。对对互互溶溶组组分分的的混混合合，除除对对流流混混合合外外，尚尚存存在在扩扩散散混混合合。当当混混合合物物分分离离尺尺度度小小于于某某值值以以后后，由由于于组组分分间间接接触触面面积积的的增增加加及及扩扩散散距距离离的的缩缩短短，大大大大增增加加了了溶溶解解扩扩散散的的速速率率，使使混混合合物物的的分分离离强强度度不不断断下下降降，混混合合过过程程就就变变为为以以扩扩散散为为主主的的过过程程，称称为为扩扩散散混混合合。扩扩散散混混合合的的质质量量应应以以前前述第二项条件为合格标准。述第二项条件为合格标准。在一般的混合过程中，
36、往往有一个由对流混合到扩散在一般的混合过程中，往往有一个由对流混合到扩散混合的逐渐过度过程。分离尺度大时，多为对流混合，混合的逐渐过度过程。分离尺度大时，多为对流混合，分离尺度小时，多为扩散混合。分离尺度小时，多为扩散混合。 3、剪切混合：用剪切力拉伸。、剪切混合：用剪切力拉伸。对高粘度流体的混合，既无对高粘度流体的混合，既无明显的分子扩散现象，又难以造成良好的湍流，以分割组分明显的分子扩散现象，又难以造成良好的湍流，以分割组分元素。这种情况下混合的主要机理是剪切，剪切的作用使组元素。这种情况下混合的主要机理是剪切，剪切的作用使组分被拉成越来越薄的料层，使一种组分所独占的区域尺寸减分被拉成越来
37、越薄的料层，使一种组分所独占的区域尺寸减小。如图所示，平行板间有二种粘性流体，初始时主成分所小。如图所示，平行板间有二种粘性流体，初始时主成分所离散的黑色小方块存在。在剪力作用下，小方块被拉长。如离散的黑色小方块存在。在剪力作用下，小方块被拉长。如果剪力充分大，料层厚度就变得小于能分清的界限，肉眼只果剪力充分大，料层厚度就变得小于能分清的界限，肉眼只看到一片均匀的颜色。层流流动系统造成混合物的这种特性看到一片均匀的颜色。层流流动系统造成混合物的这种特性称为称为“辉纹厚度辉纹厚度”。 （三）混合特性（三）混合特性反映混合特性的无量纲数是反映混合特性的无量纲数是混合时间准数混合时间准数 C1=液体
38、在釜内流动情况描述液体在釜内流动情况描述混合时间准数、排出流量准数、循环流量准数混合时间准数、排出流量准数、循环流量准数表表5-13中中Np/Nqd值越大，输出功率越小值越大，输出功率越小二、混合时间的计算实验确定经验式计算第七节第七节 搅拌釜中的分散过程搅拌釜中的分散过程一、搅拌釜内的液一、搅拌釜内的液-液分散与合并液分散与合并1.分散分散剪切分散剪切分散 高粘度体系主要是剪切分散控制；高粘度体系主要是剪切分散控制；剪切分散控制时，液滴的最大直径与搅拌转速平方成剪切分散控制时，液滴的最大直径与搅拌转速平方成反比。反比。湍流分散湍流分散当当/10-4 m2/s时，分散受界面张力控制，液滴时，分
39、散受界面张力控制，液滴直径分布较窄；直径分布较窄；当当/510-3 m2/s时，分散受粘性力控制，液滴分时，分散受粘性力控制，液滴分布较宽。布较宽。2.2.合并合并层流速度差引起层流速度差引起湍流引起湍流引起布朗运动引起布朗运动引起分散相体积分数很低时，釜内操作受分分散相体积分数很低时，釜内操作受分散控制；散控制；分散相体积分数很大时，提高桨叶转速，分散相体积分数很大时，提高桨叶转速，增大搅拌强度，提高流体循环速率，釜增大搅拌强度，提高流体循环速率，釜内操作可认为是分散控制；内操作可认为是分散控制；二、搅拌对聚合物颗粒特性的影响二、搅拌对聚合物颗粒特性的影响1.聚合物颗粒特性的表示方法1六叶直
40、叶圆盘涡轮搅拌器，d = 0.1m，n = 16 rps，液体粘度 = 0.08 Pas，密度 = 900 kgm3，有挡板，求搅拌功率。 答：166 W 2搅拌釜内装六叶弯叶圆盘涡轮搅拌器D = 1.83 m、 d = 0.61 m，搅拌器离釜底0.61 m，釜内装深度为1.83 m，浓度为50的碱液，在65下搅拌，粘度为0.012 Pa s，密度为1498 kgm：，搅拌转速为90 rpm，釜内装挡板，计算搅拌功率。答：2.05 kW3.在乙醇介质中进行某种反应，釜内径1.5 m、装液高度1.5m，采用六叶直叶圆盘涡轮，叶轮直径0.5 m，转速300 rpm，有挡板。已知操作条件下液体密度为1100 kgm3、粘度为0.1 Pas，求搅拌功率。答：26.2 kW 答：166 W 2搅拌釜内装六叶弯叶圆盘涡轮搅拌器D = 1.83 m、 d = 0.61 m，搅拌器离釜底0.61 m，釜内装深度为1.83 m，浓度为50的碱液，在65下搅拌，粘度为0.012 Pa s，密度为1498 kgm：，搅拌转速为90 rpm，釜内装挡板，计算搅拌功率。答：2.05 kW
