第三章 液体的搅拌

第三章液体的搅拌,一、液体搅拌的目的二、搅拌器的类型三、混合效果的度量四、混合机理五、功率及能量分配六、搅拌器的放大七、其他混合设备,一、液体搅拌的目的,1、互溶液体的混合,2、不互溶液体的分散和接触,3、气液接触,4、固体颗粒在液体中的悬浮,5、强化液体与器壁的传热,非均相混合,均相混合,搅拌既使物料混合，又大大加快了传质和反应；同时起到强化传热的作用。,二、搅拌器的类型,旋桨式旋桨,桨式平直叶、折叶,涡轮式开启平直叶、开启弯叶、圆盘平直叶、圆盘弯叶,锚式（1、2）,框式（1、2）,螺带式（1、2、3）,1、按结构型式分类,2、按工作原理分类,旋桨式为代表,工作原理：去壳轴流泵,特点：流量大、压头低；液体作轴向和切向运动,搅拌器：旋桨式、折叶桨式、螺带式,涡轮式为代表,工作原理：去壳离心泵,特点：流量小、压头高；液体作径向和切向运动,搅拌器：平直叶桨式,其它：气流搅拌、静态混合(1，2，3）、管路机械混合、射流混合,三、混合效果的度量,搅拌效果的评价准则,调匀度均相物系,分隔尺度非均相物系,（CA0为A的平均体积浓度）,取样分析,样品CA,1、调匀度I均相体系：表示样品与均匀状态的偏离程度,引入调匀度I：样品与均匀态的偏离程度,2、分隔尺度非均相体系,如取样体积远大于微团尺寸，两者平均调匀度均接近1（宏观均匀）；若样品体积小至与微团尺寸接近（微观而言），两者有不同的的调匀度。因此引入分隔尺度，作为多相分散体系搅拌操作的重要指标。,对多相分散物系通过搅拌单凭调匀度尚不能反映混合物的状态，它还与分隔尺度有关。,混合尺度的三个层次,宏观混合与微观混合,混合效果的度量与混合尺度有关,1、液固物系只能达到某种宏观上的均匀；,2、不互溶液体剧烈搅拌分散程度提高，小尺度宏观均匀，不能达到分子尺度上的均匀；,3、互溶液体可达到分子尺度上的均匀。真正的微观混合只有通过分子扩散才能达到达到分子尺度上的均匀性。,1、搅拌器的两个功能,（1）总体流动促进宏观均匀，大尺度的均匀混合。,（2）强烈湍动促进微观均匀，小尺度的均匀混合。,四、混合机理,2、均相液体的混合机理,1、低粘度液体的混合,总体流动釜中液相形成一个循环流动，将液体破碎成较大液团并被夹带至容器各处，造成宏观上的均匀。,高度湍动总流中高度湍动液流中的旋涡生成尺寸很小的液团，漩涡尺寸越小，破碎作用越大，形成液团也越小，而不是桨叶打碎的结果。,P大,P小,P大,绕流引起驻点压差，使液滴拉长压扁，并被破碎,液滴微团,湍动漩涡使液滴扯开,2、高粘度及非牛顿流体的混合,主要依赖充分的总体流动,原因：高粘度流体在经济的操作范围内不可能获得高度湍动，只能处于层流流动。,常采用大直径搅拌器，如框式、锚式和螺带式，上下往复运动的旋转搅拌器，使釜中的剪切力场尽可能均匀，效果更佳。,五、搅拌功率,1、搅拌器的混合效果与功率消耗,设计思想：设法增加搅拌器的功率，而不是提高效率,能量的有效利用：根据工艺要求选用合适的搅拌器,强化湍动的措施：,提高搅拌器的转速：压头H与n2成正比。,阻止液体的圆周运动：内装挡板（图3-5）：生成漩涡，防止液面凹陷。破坏循环回路的对称性（偏心、倾斜安装）（图3-5）：破坏循环回路的对称性，增加旋转运动阻力，增强湍动，消除液面凹陷。安装导流筒（图3-7）：控制流向，消除短路现象和死区。,湍动强弱可通过搅拌器产生的压头H大小反映。压头必定全部消耗于循环回路的阻力损失中，阻力损失越大，说明旋涡运动越剧烈，内部剪应力越大，湍动程度越高。提高液流的湍动程度与增加循环回路的阻力损失是相同的作用。,2、功率曲线,（1）搅拌功率的影响因素,功率准数,搅拌雷诺数,由实验测定KReM的关系，绘制曲线功率曲线教材P109.图3-9用以查K值,教材P107.有误,（2）搅拌功率的计算,层流区（ReM10）,（C=71）,充分湍流区（ReM104）,步骤：求,算P直接用公式代入计算,（3）搅拌功率的分配,通过调节流量和压头的相对大小，以获取一定的搅拌效果,对不同的搅拌目的，可作不同的选择，功率可作不同的分配,讨论：功率P相同条件下,功率更多地用于总体流动大尺度调匀,功率更多地用于湍动微观混合,六、搅拌器的放大,理论研究不够深入，只能用经验方法逐级放大,1、用不同型式的小搅拌釜进行试验确定类型,2、按一定准则以几何相似放大,3、四个放大准则（四个不变）,4、放大试验步骤,放大准则：,放大