制药工程原理与设备第三章液体搅拌

1、第三章第三章 液体搅拌液体搅拌 一、概述一、概述二、搅拌器及其选型二、搅拌器及其选型三、搅拌功率三、搅拌功率12 使釜（或槽）内物料形成某种特定方式的运动（通常为循环流动）。搅拌第一节第一节 概述概述(1) 气流搅拌气流搅拌(2) 机械搅拌机械搅拌 气体鼓泡气体鼓泡优点：腐蚀性、高温高优点：腐蚀性、高温高压压缺点：不适合高粘度流缺点：不适合高粘度流体体3 使釜（或槽）内物料形成某种特定方式的运动（通常为循环流动）。搅拌第一节第一节 概述概述(1) 气流搅拌气流搅拌(2) 机械搅拌机械搅拌适用范围广适用范围广4 使釜（或槽）内物料形成某种特定方式的运动（通常为循环流动）。搅拌第一节第一节 概述概

2、述磁力搅拌磁力搅拌搅拌设备的基本结构搅拌设备的基本结构搅拌设备搅拌设备搅拌装置搅拌装置轴封（填料密封和机械密封）轴封（填料密封和机械密封）搅拌槽（釜）搅拌槽（釜）搅拌器搅拌器传动机构传动机构叶轮叶轮搅拌轴搅拌轴槽体槽体附件（挡板、导流筒等）附件（挡板、导流筒等）平叶平叶折叶折叶螺旋面叶螺旋面叶9876543215搅拌设备的基本结构搅拌设备的基本结构典型的搅拌设备1搅拌槽；2搅拌器；3搅拌轴；4加料管；5电动机；6减速机；7联轴节；8轴封；9温度计套管；10挡板；11放料阀6液体混合机理液体混合机理(1) 循环流动循环流动(2) 高度湍动高度湍动将流体输送到将流体输送到搅拌釜内各处搅拌釜内各处大

3、尺度宏观混合大尺度宏观混合产生旋涡，旋涡产生旋涡，旋涡分裂使流体分散分裂使流体分散小尺度微观混合小尺度微观混合不同过程对这两种流动有不同的要求。不同过程对这两种流动有不同的要求。液滴、气泡的分散液滴、气泡的分散-强烈的湍流强烈的湍流固体颗粒的均匀悬浮固体颗粒的均匀悬浮-总体循环流动总体循环流动781罐内的总体流动与大尺度的混合罐内的总体流动与大尺度的混合 排出流和诱导流造成槽内液体大范围宏观流动，并产生整个槽内液体流动循环，使液体宏观上均匀混合。螺旋桨式螺旋桨式-轴向和切向轴向和切向涡轮式涡轮式-径向和切向径向和切向液体混合机理液体混合机理2强剪切、高度湍动与小尺度的混合强剪切、高度湍动与小尺

4、度的混合 由于射流中心与周围液体交界处的速度梯度很大而产生强的剪切作用，对低黏度的液体形成大量旋涡。旋涡的分裂破碎及能量传递，使微团尺寸减小，从而达到小尺寸的微观均匀组合。液体混合机理液体混合机理搅拌槽内液体进行着三维流动：径向流、切向流、轴向流(1) 搅拌器的旋转搅拌器的旋转(2) 桨叶形状的不同桨叶形状的不同切向圆切向圆周运动周运动轴向流动轴向流动径向流动径向流动91011搅拌的目的(1) 使物料均匀混合使物料均匀混合互溶液体互溶液体乳浊液乳浊液悬浮液悬浮液泡沫液泡沫液(2) 强化传质强化传质(3) 强化传热强化传热提高对流提高对流传热系数传热系数增大相际接触面积增大相际接触面积降低液膜阻

5、力降低液膜阻力第二节 搅拌器121、搅拌器的类型、搅拌器的类型按搅拌器性能分类按搅拌器性能分类小直径高速搅拌器适用范围：液体黏度较低的场合特点：叶片面积小，转速高搅拌器：旋桨式、涡轮式大直径低速搅拌器搅拌器：桨式、锚式、螺带式适用范围：液体黏度较高的场合特点：叶片面积大，转速低131、搅拌器的类型、搅拌器的类型按工作原理分类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142、几种常用搅拌器的性能、几种常用搅拌器的性能螺旋桨式搅拌

6、器螺旋桨式搅拌器152、几种常用搅拌器的性能、几种常用搅拌器的性能涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器直叶圆直叶圆盘叶轮盘叶轮弯叶圆弯叶圆盘叶轮盘叶轮直叶直叶涡轮涡轮弯叶弯叶涡轮涡轮 162、几种常用搅拌器的性能、几种常用搅拌器的性能涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器172、几种常用搅拌器的性能、几种常用搅拌器的性能182、几种常用搅拌器的性能、几种常用搅拌器的性能桨式搅拌器桨式搅拌器192、几种常用搅拌器的性能、几种常用搅拌器的性能 锚式锚式框式框式20缺点：主要做水平环向流动，基本没有轴向流动，难以保证轴向混合效果。缺点：主要做水平环向流动，基本没有轴向流动，难以保证轴向混合效果。2、几种常用搅拌器的性能、几种

7、常用搅拌器的性能21二、搅拌过程的强化二、搅拌过程的强化1.提高搅拌器的转速（rotate speed）2.打旋现象及其消除3.设置导流筒(draft tube)装设挡板（Baffle plate）偏心安装（eccentric fixing）221.提高搅拌器的转速提高搅拌器的转速 对于特定的搅拌器，叶轮旋转所产生的压头与转对于特定的搅拌器，叶轮旋转所产生的压头与转速的平方成正比。因此，适当提高转速可提高叶轮速的平方成正比。因此，适当提高转速可提高叶轮旋转所产生的压头，可向液体提供更多的能量，从旋转所产生的压头，可向液体提供更多的能量，从而提高搅拌效率。而提高搅拌效率。232242252627

8、228329301、低黏度均相液体的混合、低黏度均相液体的混合 此类过程主要是通过搅拌获得一定均匀度的混合物，要此类过程主要是通过搅拌获得一定均匀度的混合物，要求搅拌器能产生较强的总体循环流动。求搅拌器能产生较强的总体循环流动。 推进式推进式的循环流量较大且动力消耗较少，所以是的循环流量较大且动力消耗较少，所以是最适用最适用的。的。 浆式浆式的结构比较简单，在的结构比较简单，在小体积液体混合小体积液体混合中有着广泛的中有着广泛的应用，但当液体体积较大时，其循环流量不足。应用，但当液体体积较大时，其循环流量不足。 涡轮式涡轮式的剪切作用较强，但对于这种混合过程不太需要，的剪切作用较强，但对于这种

9、混合过程不太需要，且动力消耗较大，故且动力消耗较大，故不太合理不太合理。312、高黏度均相液体的混合、高黏度均相液体的混合 此类过程主要控制因素为总体流动，此类过程主要控制因素为总体流动，常用大尺寸低转速搅拌器，具体形式主常用大尺寸低转速搅拌器，具体形式主要取决于被搅拌液体的黏度。当液体粘要取决于被搅拌液体的黏度。当液体粘度在度在0.11Pa s时，可采用时，可采用锚式搅拌器锚式搅拌器。当液体粘度在当液体粘度在110Pa s时，可采用时，可采用框式框式搅拌器搅拌器，且粘度越高，竖、横梁就越多。，且粘度越高，竖、横梁就越多。当液体粘度在当液体粘度在2500Pa s时，可采用时，可采用螺螺带式搅拌

10、器带式搅拌器。323、分散、分散 此类过程主要控制因素为剪切作用和总体循环流动。由此类过程主要控制因素为剪切作用和总体循环流动。由于于涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器具有较强的剪切作用和较大的循环流量，所具有较强的剪切作用和较大的循环流量，所以最为合适，尤其是以最为合适，尤其是平直叶的剪切作用比折叶和弯叶的大，平直叶的剪切作用比折叶和弯叶的大，则更为合适。当液体的粘度较大时，为减少动力消耗，宜采则更为合适。当液体的粘度较大时，为减少动力消耗，宜采用弯叶涡轮用弯叶涡轮。334、固体悬浮、固体悬浮 此类过程主要控制因素为总体循环流动，其次为湍流强此类过程主要控制因素为总体循环流动，其次为湍流强度。由于开启

11、涡轮没有中间圆盘，不致阻碍浆叶上下的液相度。由于开启涡轮没有中间圆盘，不致阻碍浆叶上下的液相混合，所以最为合适，尤其是混合，所以最为合适，尤其是弯叶开启涡轮弯叶开启涡轮，浆叶不易磨损，浆叶不易磨损，则更为合适。推进式的使用范围较窄，当固液密度差较大或则更为合适。推进式的使用范围较窄，当固液密度差较大或固液比超过固液比超过50%时不适用。浆式或锚式的转速较低，不适用时不适用。浆式或锚式的转速较低，不适用于固液比较小于固液比较小(50%)或沉降速度较大的固体悬浮。或沉降速度较大的固体悬浮。345、固体溶解、固体溶解 此类操作要求固体颗粒能迅速分散于液相中，同时防止此类操作要求固体颗粒能迅速分散于液

12、相中，同时防止大量固体颗粒被甩至釜壁而发生沉积，因此要求搅拌器具有大量固体颗粒被甩至釜壁而发生沉积，因此要求搅拌器具有较强的剪切作用和较大的循环流量，所以较强的剪切作用和较大的循环流量，所以涡轮式最为合适涡轮式最为合适。推进式推进式的循环流量较大，但剪切作用较小，所以用于的循环流量较大，但剪切作用较小，所以用于小容量小容量的固体溶解的固体溶解过程比较合理。过程比较合理。浆式浆式需借助挡板来提高循环能力需借助挡板来提高循环能力,因此一般用于因此一般用于易悬浮固体易悬浮固体的溶解操作。的溶解操作。356、气体吸收、气体吸收 此类操作以各种此类操作以各种圆盘涡轮式搅拌器圆盘涡轮式搅拌器最为适宜，此类

13、搅拌最为适宜，此类搅拌器不仅有较强的剪切作用，而且圆盘下面可存住一些气体，器不仅有较强的剪切作用，而且圆盘下面可存住一些气体，使气体的分散更趋平稳，而开启涡轮则没有这一优点，故效使气体的分散更趋平稳，而开启涡轮则没有这一优点，故效果不好。推进式和浆式一般不适用于气体吸收操作。果不好。推进式和浆式一般不适用于气体吸收操作。367、结晶、结晶 带搅拌的结晶过程比较复杂，尤其是需要严格控制晶体带搅拌的结晶过程比较复杂，尤其是需要严格控制晶体大小和形状时更是如此。一般情况下，大小和形状时更是如此。一般情况下，小直径高转速搅拌器，小直径高转速搅拌器，如涡轮式，适用于微粒结晶，但晶体形状不易一致；而大直如

14、涡轮式，适用于微粒结晶，但晶体形状不易一致；而大直径低转速搅拌器，如浆式，适用于大颗粒定形结晶径低转速搅拌器，如浆式，适用于大颗粒定形结晶，但釜内，但釜内不宜设置挡板。不宜设置挡板。378、传热、传热 传热量较小的夹套釜可采用浆式搅拌器传热量较小的夹套釜可采用浆式搅拌器;中等传热量的夹中等传热量的夹套釜亦可采用浆式搅拌器套釜亦可采用浆式搅拌器,但釜内应设置挡板但釜内应设置挡板;当传热量很大当传热量很大时时,釜内可用蛇管传热，采用推进式或涡轮式搅拌器釜内可用蛇管传热，采用推进式或涡轮式搅拌器,并在釜并在釜内设置挡板。内设置挡板。38搅拌器选型搅拌器选型低黏度均相液体的混合低黏度均相液体的混合：推

15、进式（循环功率大，消耗功率小，最合 适）；桨式（小体积）；涡轮式（功率消耗大，不经济）高黏度均相液体的混合：高黏度均相液体的混合：锚式、框式、螺带式分散分散(非均相液体混合非均相液体混合)：涡轮式（剪切作用强，直叶更合适；黏度大，弯页更合适，减少能量消耗）固体悬浮固体悬浮：涡轮式（低黏度，开启式，弯页），推进式（密度差小、 固液比小的场合），桨式或锚式（固液比大、沉降速度小的场合）固体溶解固体溶解：涡轮式，螺旋桨式（小容量），桨式（易混悬操作）气体吸收：气体吸收：圆盘涡轮式结晶：结晶：小直径高速搅拌器（涡轮式，微粒结晶），大直径低速搅拌器 （桨式，大颗粒定型结晶）传热传热：桨式（传热量小、中等，夹套传热），螺旋桨或涡轮式（传热 量大，蛇管传热）39均相液体搅拌功率均相液体搅拌功率影响搅拌功率的因素v几何因素叶轮直径d叶片数目、形状及叶片长度和宽度容器直径D容器中液体高度H叶轮距容器底部距离y挡板数目及宽度hv物理因素液体的密度、粘度、叶轮转速n、重力加速度g等 第三节 搅拌