食品工程单元操作 教学课件 作者 冯骉 涂国云 主编第3章.ppt

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1、3.1搅拌3.1.1混合的理论和搅拌器的流动特性3.1.1.1混合的机理混合：将两种或两种以上不同物料互相混杂，以达到一定均匀度的操作。搅拌：使物料形成某种特定方式运动的操作。比较：前者着眼于所达到的均匀度，后者着眼于物料的运动方式和激烈程度。混合是搅拌的目的或效果，搅拌是达到混合目的的手段。某一物料可以被搅拌而不被混合。3以动量传递为特征的混合操作3.1.1.2搅拌器的流动特征轴向叶轮：（a）平浆式（b）斜浆式（c）斜浆式（d）锚浆式（e）铰叶式（f）框式轴向叶轮：径向叶轮：打旋现象消除打旋的措施—

2、—安装挡板3.1.1.3标准搅拌系统（1）搅拌槽为圆筒形，平底，或带圆角的平底。直径=D；（2）液体深度H=D；（3）叶轮直径d=D/3；（4）叶轮下部离槽底的高度等于H1=d=D/3（5）挡板数目为4，垂直安装在槽壁，并从底部起延伸到液面之上，宽Wb=D/10（6）叶轮的几何尺寸：平浆涡轮叶片6片，高W=D/15，宽l=D/12;螺旋桨式叶轮叶片3片，螺距p=D/3；平直桨式叶轮叶片4或6片，宽l=D/15；倾斜桨式叶轮叶片宽l仍为叶轮直径的1/5，倾斜度45°；早期定义的标准搅拌系统用的是涡轮式叶

3、轮，且无挡板，现已推广至螺旋桨式、平桨式和倾斜桨式叶轮，而且一般带挡板。3.1.1.4叶端速度与流动状态搅拌叶轮的作用相当于去掉外壳的离心泵叶轮。搅拌槽内液体的流动型态同样可用Re数衡量，但用叶端速度作为特性流速。叶端速度定义为叶轮或叶片边缘的运动线速度：u0=pndRe数的定义式为：Re=nd2r/m搅拌槽内液体的流动型态同样可分为层流和湍流。当Re数小于10时为层流，而当装有轴向流式叶轮的搅拌槽内Re数大于105，或装有径向流式叶轮的搅拌槽内Re数大于104时，其流动为湍流。3.1.1.5排液量与

4、循环量搅拌操作时，液体在槽内作循环运动。叶轮排出液体的体积流量称为叶轮的排液量qVp，参与循环流动的所有液体的体积流量称为循环量qVc。由于叶轮排出液的夹带作用，循环量可能远大于排液量。叶轮排液量qvp的计算：qVp=Nqpnd3Nqp称为排液数，主要取决于叶轮和搅拌系统的几何尺寸、Re数和Fr数。对于几何形状相似，又无打旋现象的系统，Nqp随Re数变化的曲线是唯一的。在湍流下，Nqp为一常数。对螺旋桨式叶轮，Nqp值为0.5，对桨式叶轮或涡轮式叶轮，其值在0.785~0.85之间。搅拌槽体积与排液量

5、之比称为排液时间：qp=V/qVpqp是同一液体前后两次通过叶轮所用的平均时间，即液体通过叶轮的频率的倒数。类似地，可以用以下公式计算循环量和循环时间：qVc=Nqcnd3qc=V/qVcNqc称为循环数，与排液数Nqp相似。在湍流情况下，对标准搅拌系统，无论何种叶轮，均有：qVc/qVp=Nqc/Nqp=1.83.1.2搅拌系统的功率消耗搅拌功率与下列因素有关：d，n，r，m，g，D，H，挡板的数目、大小、位置和形状，以及搅拌槽的其他几何尺寸。对于几何形状相似的搅拌系统，要考虑的因素只剩下d、n、r

6、、m、g，即有：N=f(d，n，r，m，g)应用量纲分析法，得到特征数方程：或写成：改写成：若加挡板消除打旋，则a2=0用实验测得的大量数据绘成F—Re曲线，称为功率曲线。装备涡轮式叶轮的标准搅拌系统的功率曲线1—有挡板2—无挡板在层流情形下，黏性力较大，重力影响可忽略。F——Re关系在双对数坐标中为一直线，其斜率为-1：F=K1/Re在湍流情形下，F——Re关系为水平直线：F=K2有挡板时的常数K2值与无挡板时的K2值不同。在过渡区，一直到Re=300以前，F只取决于Re数。在Re>300后开始出现

7、打旋现象。如果消除了漩涡，则重力的影响可以忽略，F仍只与Re数有关。无挡板时，Fr数将发生影响：3.1.3相似理论和搅拌系统的放大3.1.3.1搅拌系统放大的一般方法（1）数学模型法；（2）逐级放大法。搅拌系统的放大常用逐级放大法，放大过程：（1）对工艺过程作分析，明确操作目的，选择合适的叶轮。（2）确定用以表征操作目的的参数，确定放大准则。（3）进行小型试验，确定各参数对工艺过程的影响，并确定放大准则的具体数值。（4）根据放大准则进行设计计算，确定生产设备的主要几何尺寸。（5）考虑机械、经济和其他方

8、面的限制，对放大结果作必要的修正。3.1.3.2相似理论设三角形1、2、3相似，则对应的几何尺寸成比例：Al1Al2Al3ABl1Bl2Bl3BCl1Cl2Cl3CaAB、aAC称为相似常数。注意aAB≠aAC。即：当一对相似现象被另一对相似现象取代时，相似常数将改变。i12，i23，i’12，i”12称为相似定数。另一方面有：当一对相似现象被另一对相似现象取代时，相似定数不变。几何相似是物理现象相似的先决条件。几何相似的原理可以扩展到物理相似。在几何相