《第二章搅拌釜式反应器(上)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章搅拌釜式反应器(上)（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 搅拌釜式反应器u 搅拌釜是药厂生产中普遍采用的一种反应器型式。搅拌釜是药厂生产中普遍采用的一种反应器型式。 通常化学反应需要将两种或两种以上的液体混和，通常化学反应需要将两种或两种以上的液体混和，有时还需要加入固体或通入气体，反应过程中往往有时还需要加入固体或通入气体，反应过程中往往需要加热或冷却。搅拌可以加速物料之间的混和，需要加热或冷却。搅拌可以加速物料之间的混和，提高传热与传质速率，促进反应的进行，减少副产提高传热与传质速率，促进反应的进行，减少副产物的生成等物的生成等. .n 搅拌釜式n反应器结构图第二章 搅拌釜式反应器n旋旋转转的的搅搅拌拌器器桨桨叶叶对对液液体体施施加加压压
2、力力，使使其其发发生生运运动动，随随着着桨桨叶叶的的形形状状、叶叶轮轮的的尺尺寸寸、安安装装位位置置以以及及转转速速等等的的不不同同，使使液液体体产产生生不不同同的的运运动动情情况况，从从而而达达到到不不同同的的混混和和效果。效果。第一节第一节 搅拌釜中的流动与混和搅拌釜中的流动与混和 第二章 搅拌釜式反应器n一、混和效果的度量u 均勻度 若将A、B两种液体，各取体积VA与VB置于一容器中，则容器内A、B的平均浓度(体积)分别为CA。 第二章 搅拌釜式反应器 经一定时间的搅拌后，在容器中各处取样分析，若混和已经均匀，则混合液中各处的A、B浓度均分别为CA0。与CB0；若混和尚未均匀，则各处的浓
3、度CA或大于CA0。，或小于CAo；CB亦然。CA(或CB)与CA0(或CB0)相差越大，表示混和越不均匀。 第二章 搅拌釜式反应器当混和均匀时:I=1。偏离1越远，反映了混和越不均匀第二章 搅拌釜式反应器 n2宏观均匀与微观均匀u初看起来似乎均匀度已能反映物料的混和程度，但进一步分析可以发现单凭均匀度还不足以说明物料的实际混合程度。第二章 搅拌釜式反应器n宏观均匀与微观均匀u对互溶液体，搅拌剧烈可以大大地缩短达到微观均匀所需要的时间：对不互溶液体，搅拌越剧烈，液滴尺寸越小，可以达到均匀混和的尺度就越小，但不可能达到微观均匀；对悬浮液通常只能达到某种尺度上的宏观均匀。第二章 搅拌釜式反应器 n
4、二、混和的机理 搅拌器旋转时使釜内液体产生一定搅拌器旋转时使釜内液体产生一定途径的循环流动，称为总体流动。途径的循环流动，称为总体流动。 总流中高速旋转的旋涡与液体微团之间总流中高速旋转的旋涡与液体微团之间产生很大的相对运动和剪切力，使微团破碎产生很大的相对运动和剪切力，使微团破碎得更加细小。总流中的湍动程度越高，得更加细小。总流中的湍动程度越高，则旋涡的尺寸越小，强度越高，数量越多，破则旋涡的尺寸越小，强度越高，数量越多，破碎作用越大，能达到更小尺度上的均匀混和。碎作用越大，能达到更小尺度上的均匀混和。第二章 搅拌釜式反应器n 互不相容液体 分散相的液滴在运动过程中不断地碰撞，从而使部分液滴
5、聚并成较大的液滴，大液滴被带至高剪切区(桨叶附近)又重新破碎。第二章 搅拌釜式反应器n三、提高混和效果的措施 1、消除打旋现象 打旋时各层液体之间无速度梯度，不能提供分散所需要的剪切力，几乎没有轴向混和作用。第二章 搅拌釜式反应器n 消除打旋现象的措施(1)加设挡板加设挡板 当挡板数乘挡板宽再被釜径除约等于04时(大致为4块宽度为0.1D的挡板)，可获得很好的挡板效果，称为全挡板条件(即使再增加附件，搅拌器的功率也不再增大了 第二章 搅拌釜式反应器u(2)(2)偏心安装偏心安装 u将搅拌器偏心或偏心且倾斜地安装，借以破坏循环回路的对称性，可以有效地阻止圆周运动，增加湍动，消除液面凹陷现象。第二
6、章 搅拌釜式反应器 n2加设导流筒u 若搅拌器周围无固体边界约束，液体可沿各个方向回流到搅拌器的入口，故不同的流体微团行程长短不一。釜中设置导流筒，可以严格地控制流动方向，使釜内所有物料均通过导流筒内的强烈混和区，既提高了混和效果，又有助于消除短路与死区。第二章 搅拌釜式反应器 u 安装方式，对螺旋桨搅拌器，导安装方式，对螺旋桨搅拌器，导流筒是套在叶轮外面的；对涡轮式流筒是套在叶轮外面的；对涡轮式搅拌器，导流简应置于叶轮的上方。搅拌器，导流简应置于叶轮的上方。第二章 搅拌釜式反应器 n 四、搅拌功率与混和效果 为了达到宏观上的均匀，必须有足够强大的总体流动，即流量要足够大，为了达到小尺度上的均
7、匀，必须提高总流的湍动程度，即压头要足够大。安装搅拌器的目的就是为了通过搅拌器将能量输入到被搅拌的液体中去，不消耗足够的搅拌功率，就达不到所需要的混和效果。第二章 搅拌釜式反应器 n合理利用问题u 如果搅拌的目的只是为了达到宏观混和，则希望有较大的V和较小的H，如果目的为了快速地分散成微小液团，则应有较小的V和较大的H。因此，在消耗同样功率的条件下，对不同的搅拌目的，功率应作不同的分配。第二章 搅拌釜式反应器 n搅拌器的流量取决于面积与速度的乘积 而搅拌器在湍流区的功率为因為 u 第二章 搅拌釜式反应器 第二章 搅拌釜式反应器 式(22)和式(23)表明：在等功率条件下，采用大直径、低转速的搅
8、拌器，更多的功率消耗于总体流动，有利于宏观混和；采用小直径、高转速的搅拌器，则更多的功率消耗于湍动，有利于小尺度上的混和。 第二章 搅拌釜式反应器 五、混和时间通常将混和时间定义为在分子尺度上达到均匀所需的时间。 根据研究，混和时间大致等于釜内物料循环时间的4倍，即搅拌器的流量与其直径的3次方和转速的1次方成正比，即 第二章 搅拌釜式反应器 u第二节第二节 搅拌器的选型与放大搅拌器的选型与放大问题在于了解有关的工艺过程对于搅拌器的液体流型、循环量及压头大小等方面的要求，从而定出叶轮尺寸和转速大小的合理配合，而不在于另外设计式样新奇的搅拌器。第二章 搅拌釜式反应器 u一、搅拌器的型式一、搅拌器的
9、型式u（一）高转速搅拌器（一）高转速搅拌器u1、螺旋浆式搅拌器、螺旋浆式搅拌器u螺旋桨旋转时使液体作轴向和切向运动。切向分螺旋桨旋转时使液体作轴向和切向运动。切向分速度使釜内液体作圆周运动，会将颗粒抛向壁面，速度使釜内液体作圆周运动，会将颗粒抛向壁面，起到与分散相反的作用，须安装挡板予以抑制。起到与分散相反的作用，须安装挡板予以抑制。第二章 搅拌釜式反应器2、涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 在涡轮式搅拌器中，液体作切向和径向运动，并以很高的绝对速度由出口冲出。出口液体的径向分速度使液体流向壁面，然后分成上、下两路回流入搅拌器，形成总体循环流动。第二章 搅拌釜式反应器u（二）大叶片低转速搅拌器 推进式
10、和涡轮式搅拌器都具有直径小、转推进式和涡轮式搅拌器都具有直径小、转速高的特点，对粘度不大的液体很有效。但速高的特点，对粘度不大的液体很有效。但对粘度大的液体，搅拌器提供的机械能会因对粘度大的液体，搅拌器提供的机械能会因巨大的粘性阻力而陂很快地消耗掉。不仅湍巨大的粘性阻力而陂很快地消耗掉。不仅湍动程度随出口距离急剧下降，而且总体流动程度随出口距离急剧下降，而且总体流动的范围也大为缩小动的范围也大为缩小。第二章 搅拌釜式反应器 1桨式搅拌器桨式搅拌器桨式搅拌器的桨叶尺寸大，转速低。 垂直于轴安装的桨叶(平桨)使液体沿径向及切向运动，可用于简单的液体混和。 2.框式和锚式搅拌器框式和锚式搅拌器 当液体粘度更大时，可按照釜底的形状，把桨式搅拌器做成框式或锚式。这种搅拌器的旋转直径与釜内径接近相等，间隙很小，转速很低，其所产生的剪切作用很小，但搅动范围很大，不会产生死区，适用于高粘度液体的搅拌。第二章 搅拌釜式反应器第二章 搅拌釜式反应器n3螺带式搅拌器在旋转时会产生液体的轴向流所以混和效果较框式和锚式为好。第二章 搅拌釜式反应器
