化工原理第03章

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1、3.1概述工业背景(录像)3.1.1搅拌的目的(录像)和方法目的(1)均相互溶液体的混合(2)多相物体的分散和接触气泡分散于液体中液滴分散于不互溶液体中(动画)(录像)固体颗粒悬浮于液体中（催化剂）强化传热：冷热液体混合、强化液体与器壁的传热；第3章液体搅拌（动量传递）方法机械搅拌气流搅拌、射流搅拌、静态混合、管道混合3.1.2搅拌器的类型按工作原理可分两大类：旋桨式：旋桨(动画)（工作原理类似轴流泵叶轮轴向、切向运动）特点－大流量、低压头；涡轮式：涡轮(图)、平直叶(动画)（工作原理类似离心泵叶轮，径向、切向运动）特点－小流

2、量、高压头；螺带式(动画)、锚式(动画)、框式(动画)特点－适应于高黏度的流体；3.1.3混合效果的度量（1）调匀度I使完全均匀混合后，平均体积浓度为：任意地取样分析浓度，则定义调匀度：当CACA0显然，I<1，完全均匀时，I=1调匀度只能反映某局部的混合均匀效果，且其值与取样量的多少有关，整体混合效果用平均调匀度：（2）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作为搅拌效果的描述指标，对不同的物系，其可能达到的尺度：互溶液体：分子尺度；不互溶液体：只能达到微团尺度，搅拌越激烈，（或气液）微团尺度

3、越小；液固系统：只能大尺度；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。（3）宏观混合与微观混合设备尺度混合——总体流动旋涡尺度混合——剪切力场（液滴大小分布、气泡大小分布）分子尺度混合——分子扩散3.2混合机理3.2.1搅拌器的两个功能（1）产生强大的总体流动（循环流动）（2）产生强剪切或高度湍动注意：流体不是靠桨叶直接打碎的，而是靠高剪切力场撕碎的。3.2.2均相液体的混合机理（1）低黏度液体的混合总体流动+高度湍动最小液团尺寸为10μm量级（2）高黏度及非牛顿流体的混合多处于层流状态

4、——混合机理主要依赖于充分的总体流动。3.2.3非均相物系的混合机理（1）液滴或气泡的分散界面张力是抗力，σ大不易分散稳定时，液滴破碎与合并达动态平衡液滴大小分布不均的原因：叶片附近——剪切强度大、液滴小；边角处——剪切强度小、液滴大。措施：①尽量使釜内湍动程度均匀；②加少量保护胶或表面活性剂，使液滴难以合并。（2）固体颗粒的分散细颗粒——打散颗粒团聚体粗颗粒——全部颗粒离底悬浮操作转速应大于悬浮临界转速（3）搅拌器的性能3.3.1常用搅拌器的性能（1）旋桨式搅拌器(录像)qV大，H小，轴向流出叶片端速度5~15m/s适于低黏

5、度液体μ<10Pa·s（2）涡轮式搅拌器(录像)qV小，H大，径向流出叶片端速度3~8m/s适于中等黏度液体μ<50Pa·s（3）大叶片低转速搅拌器(录像)锚式、框式、螺带式端部速度0.5~1.5m/s适于高黏度液体、颗粒悬浮液能防止器壁沉积现象（4）性能综述(录像)3.3.2强化过程的工程措施不利因素—抑制；有利因素—调动3.3.2.1不利因素（1）打旋卷入空气电机负荷不稳定液体溢出（2）流体走短路qV不足有死区（3）阻力不足能量加不进、打滑3.3.2.2工程措施(1)提高转速——提高流量qV、压头H(2)阻止容器内液体的圆

6、周运动加挡板——消除打旋，增加阻力四块挡板——全挡板(录像)偏心安装——破坏循环回路的对称性(录像)(3)装导流筒——避免短路及死区旋浆式加导流筒后的搅拌状态涡轮式加导流筒后的搅拌状态3.4搅拌功率3.4.1混合效果与功率消耗功率消耗P=ρgHqV大尺度：qv大；小尺度：H大；→P大对搅拌器,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）搅拌器设计：不是设法提高效率η，而是设法增加功率P——改善混合效果能量合理有效利用——与桨形、尺寸选择有关如需要快速分布，要有大流量；如需要高破碎度，要有高湍动。所以搅

7、拌装置要针对性地设计。3.4.2功率曲线(录像)(1)影响因素P=f(d,ρ,n,μ,h,D…)无量纲化几何相似条件下，对应边成同一比例，都相同，此时，（2）功率曲线功率准数K与搅拌雷诺数ReM的关系实验结果为：应用条件：几何相似功率P=Kρn3d53.4.3搅拌功率的分配当P=Kρn3d5为一定值时或小直径，高转速——强剪切力场，有利于微观混合大直径，低转速——大流量，有利于大尺度的调匀转速与直径可根据需要而人为调整3.5搅拌器的放大3.5.1放大过程（设计）小试→中试→工业设计，逐级放大设计中要解决：（1）搅拌器的类型、搅

8、拌釜的形状——看工艺过程特点（2）几何尺寸、转速n、功率P——看放大准则几何相似放大——便于用同一根功率曲线3.5.2放大准则（1）不变，（2）单位体积能耗不变，，,（3）叶片端部切向速度不变，（4）不变，具体要看混合效果，可能这四个准则都不适用，须找新的放大规律。3.6其他