制藥工程原理與設(shè)備第三章液體攪拌

1、第三章第三章 液體攪拌液體攪拌 一、概述一、概述 二、攪拌器及其選型二、攪拌器及其選型 三、攪拌功率三、攪拌功率 1 2 使釜（或槽）內(nèi)物料形成某種特定方式的運動（通常 為循環(huán)流動）。 攪拌 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 (1) 氣流攪拌氣流攪拌 (2) 機械攪拌機械攪拌 氣體鼓泡氣體鼓泡 優(yōu)點：腐蝕性、高溫高優(yōu)點：腐蝕性、高溫高 壓壓 缺點：不適合高粘度流缺點：不適合高粘度流 體體 3 使釜（或槽）內(nèi)物料形成某種特定方式的運動（通常 為循環(huán)流動）。 攪拌 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 (1) 氣流攪拌氣流攪拌 (2) 機械攪拌機械攪拌 適用范圍廣適用范圍廣 4 使釜（或槽）內(nèi)物料形成某種特定方式的運動（

2、通常 為循環(huán)流動）。 攪拌 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 磁力攪拌磁力攪拌 攪拌設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)攪拌設(shè)備的基本結(jié)構(gòu) 攪拌設(shè)備攪拌設(shè)備 攪拌裝置攪拌裝置 軸封（填料密封和機械密封）軸封（填料密封和機械密封） 攪拌槽（釜）攪拌槽（釜） 攪拌器攪拌器 傳動機構(gòu)傳動機構(gòu) 葉輪葉輪 攪拌軸攪拌軸 槽體槽體 附件（擋板、導(dǎo)流筒等）附件（擋板、導(dǎo)流筒等） 平葉平葉 折葉折葉 螺旋面葉螺旋面葉 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 攪拌設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)攪拌設(shè)備的基本結(jié)構(gòu) 典型的攪拌設(shè)備 1攪拌槽；2攪拌器； 3攪拌軸；4加料管； 5電動機；6減速機； 7聯(lián)軸節(jié)；8軸封； 9溫度計套管；10擋板； 11放料閥 6 液體

3、混合機理液體混合機理 (1) 循環(huán)流動循環(huán)流動 (2) 高度湍動高度湍動 將流體輸送到將流體輸送到 攪拌釜內(nèi)各處攪拌釜內(nèi)各處 大尺度宏觀混合大尺度宏觀混合 產(chǎn)生旋渦，旋渦產(chǎn)生旋渦，旋渦 分裂使流體分散分裂使流體分散 小尺度微觀混合小尺度微觀混合 不同過程對這兩種流動有不同的要求。不同過程對這兩種流動有不同的要求。 液滴、氣泡的分散液滴、氣泡的分散-強烈的湍流強烈的湍流 固體顆粒的均勻懸浮固體顆粒的均勻懸浮-總體循環(huán)流動總體循環(huán)流動 7 8 1罐內(nèi)的總體流動與大尺度的混合罐內(nèi)的總體流動與大尺度的混合 排出流和誘導(dǎo)流造成槽內(nèi)液體大范圍宏觀流動，并產(chǎn)生整個槽 內(nèi)液體流動循環(huán)，使液體宏觀上均勻混合。

4、螺旋槳式螺旋槳式-軸向和切向軸向和切向 渦輪式渦輪式-徑向和切向徑向和切向 液體混合機理液體混合機理 2強剪切、高度湍動與小尺度的混合強剪切、高度湍動與小尺度的混合 由于射流中心與周圍液體交界處的速度梯度很大而產(chǎn)生強的剪切 作用，對低黏度的液體形成大量旋渦。旋渦的分裂破碎及能量傳遞， 使微團尺寸減小，從而達到小尺寸的微觀均勻組合。 液體混合機理液體混合機理 攪拌槽內(nèi)液體進行著三維流動：徑向流、切向流、軸向流 (1) 攪拌器的旋轉(zhuǎn)攪拌器的旋轉(zhuǎn) (2) 槳葉形狀的不同槳葉形狀的不同 切向圓切向圓 周運動周運動 軸向流動軸向流動 徑向流動徑向流動 9 10 11 攪拌的目的 (1) 使物料均勻混合使

5、物料均勻混合 互溶液體互溶液體 乳濁液乳濁液 懸浮液懸浮液 泡沫液泡沫液 (2) 強化傳質(zhì)強化傳質(zhì) (3) 強化傳熱強化傳熱 提高對流提高對流 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) 增大相際接觸面積增大相際接觸面積 降低液膜阻力降低液膜阻力 第二節(jié) 攪拌器 12 1、攪拌器的類型、攪拌器的類型 按攪拌器性能分類按攪拌器性能分類 小直徑高 速攪拌器 適用范圍：液體黏度較低的場合 特點：葉片面積小，轉(zhuǎn)速高 攪拌器：旋槳式、渦輪式 大直徑低 速攪拌器 攪拌器：槳式、錨式、螺帶式 適用范圍：液體黏度較高的場合 特點：葉片面積大，轉(zhuǎn)速低 13 1、攪拌器的類型、攪拌器的類型 按工作原理分類按工作原理分類 旋槳式 為代表 工

6、作原理：去殼軸流泵 特點：流量大、壓頭低；液體作軸向和切向運動 攪拌器：旋槳式、折葉槳式、螺帶式 渦輪式 為代表 工作原理：去殼離心泵 特點：流量小、壓頭高；液體作徑向和切向運動 攪拌器：平直葉槳式 14 2、幾種常用攪拌器的性能、幾種常用攪拌器的性能 螺旋槳式攪拌器螺旋槳式攪拌器 15 2、幾種常用攪拌器的性能、幾種常用攪拌器的性能 渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器 直葉圓直葉圓 盤葉輪盤葉輪 彎葉圓彎葉圓 盤葉輪盤葉輪 直葉直葉 渦輪渦輪 彎葉彎葉 渦輪渦輪 16 2、幾種常用攪拌器的性能、幾種常用攪拌器的性能 渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器 17 2、幾種常用攪拌器的性能、幾種常用攪拌器的性能 18

7、2、幾種常用攪拌器的性能、幾種常用攪拌器的性能 槳式攪拌器槳式攪拌器 19 2、幾種常用攪拌器的性能、幾種常用攪拌器的性能 錨式錨式 框式框式 20 缺點：主要做水平環(huán)向流動，基本沒有軸向流動，難以保證軸向混合效果。缺點：主要做水平環(huán)向流動，基本沒有軸向流動，難以保證軸向混合效果。 2、幾種常用攪拌器的性能、幾種常用攪拌器的性能 21 二、攪拌過程的強化二、攪拌過程的強化 1.提高攪拌器的轉(zhuǎn)速（rotate speed） 2.打旋現(xiàn)象及其消除 3.設(shè)置導(dǎo)流筒(draft tube) 裝設(shè)擋板（Baffle plate） 偏心安裝（eccentric fixing） 22 1.提高攪拌器的轉(zhuǎn)速提

8、高攪拌器的轉(zhuǎn)速 對于特定的攪拌器，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭與轉(zhuǎn)對于特定的攪拌器，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭與轉(zhuǎn) 速的平方成正比。因此，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速可提高葉輪速的平方成正比。因此，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速可提高葉輪 旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭，可向液體提供更多的能量，從旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭，可向液體提供更多的能量，從 而提高攪拌效率。而提高攪拌效率。 23 2 24 2 25 26 27 2 28 3 29 30 1、低黏度均相液體的混合、低黏度均相液體的混合 此類過程主要是通過攪拌獲得一定均勻度的混合物，要此類過程主要是通過攪拌獲得一定均勻度的混合物，要 求攪拌器能產(chǎn)生較強的總體循環(huán)流動。求攪拌器能產(chǎn)生較強的總體循環(huán)流動。 推進

9、式推進式的循環(huán)流量較大且動力消耗較少，所以是的循環(huán)流量較大且動力消耗較少，所以是最適用最適用 的。的。 漿式漿式的結(jié)構(gòu)比較簡單，在的結(jié)構(gòu)比較簡單，在小體積液體混合小體積液體混合中有著廣泛的中有著廣泛的 應(yīng)用，但當(dāng)液體體積較大時，其循環(huán)流量不足。應(yīng)用，但當(dāng)液體體積較大時，其循環(huán)流量不足。 渦輪式渦輪式的剪切作用較強，但對于這種混合過程不太需要，的剪切作用較強，但對于這種混合過程不太需要， 且動力消耗較大，故且動力消耗較大，故不太合理不太合理。 31 2、高黏度均相液體的混合、高黏度均相液體的混合 此類過程主要控制因素為總體流動，此類過程主要控制因素為總體流動， 常用大尺寸低轉(zhuǎn)速攪拌器，具體形式主

10、常用大尺寸低轉(zhuǎn)速攪拌器，具體形式主 要取決于被攪拌液體的黏度。當(dāng)液體粘要取決于被攪拌液體的黏度。當(dāng)液體粘 度在度在0.11Pa s時，可采用時，可采用錨式攪拌器錨式攪拌器。 當(dāng)液體粘度在當(dāng)液體粘度在110Pa s時，可采用時，可采用框式框式 攪拌器攪拌器，且粘度越高，豎、橫梁就越多。，且粘度越高，豎、橫梁就越多。 當(dāng)液體粘度在當(dāng)液體粘度在2500Pa s時，可采用時，可采用螺螺 帶式攪拌器帶式攪拌器。 32 3、分散、分散 此類過程主要控制因素為剪切作用和總體循環(huán)流動。由此類過程主要控制因素為剪切作用和總體循環(huán)流動。由 于于渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器具有較強的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所具有較強

11、的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所 以最為合適，尤其是以最為合適，尤其是平直葉的剪切作用比折葉和彎葉的大，平直葉的剪切作用比折葉和彎葉的大， 則更為合適。當(dāng)液體的粘度較大時，為減少動力消耗，宜采則更為合適。當(dāng)液體的粘度較大時，為減少動力消耗，宜采 用彎葉渦輪用彎葉渦輪。 33 4、固體懸浮、固體懸浮 此類過程主要控制因素為總體循環(huán)流動，其次為湍流強此類過程主要控制因素為總體循環(huán)流動，其次為湍流強 度。由于開啟渦輪沒有中間圓盤，不致阻礙漿葉上下的液相度。由于開啟渦輪沒有中間圓盤，不致阻礙漿葉上下的液相 混合，所以最為合適，尤其是混合，所以最為合適，尤其是彎葉開啟渦輪彎葉開啟渦輪，漿葉不易磨損，漿葉不

12、易磨損， 則更為合適。推進式的使用范圍較窄，當(dāng)固液密度差較大或則更為合適。推進式的使用范圍較窄，當(dāng)固液密度差較大或 固液比超過固液比超過50%時不適用。漿式或錨式的轉(zhuǎn)速較低，不適用時不適用。漿式或錨式的轉(zhuǎn)速較低，不適用 于固液比較小于固液比較小(50%)或沉降速度較大的固體懸浮。或沉降速度較大的固體懸浮。 34 5、固體溶解、固體溶解 此類操作要求固體顆粒能迅速分散于液相中，同時防止此類操作要求固體顆粒能迅速分散于液相中，同時防止 大量固體顆粒被甩至釜壁而發(fā)生沉積，因此要求攪拌器具有大量固體顆粒被甩至釜壁而發(fā)生沉積，因此要求攪拌器具有 較強的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所以較強的剪切作用和較大的

13、循環(huán)流量，所以渦輪式最為合適渦輪式最為合適。 推進式推進式的循環(huán)流量較大，但剪切作用較小，所以用于的循環(huán)流量較大，但剪切作用較小，所以用于小容量小容量 的固體溶解的固體溶解過程比較合理。過程比較合理。漿式漿式需借助擋板來提高循環(huán)能力需借助擋板來提高循環(huán)能力, 因此一般用于因此一般用于易懸浮固體易懸浮固體的溶解操作。的溶解操作。 35 6、氣體吸收、氣體吸收 此類操作以各種此類操作以各種圓盤渦輪式攪拌器圓盤渦輪式攪拌器最為適宜，此類攪拌最為適宜，此類攪拌 器不僅有較強的剪切作用，而且圓盤下面可存住一些氣體，器不僅有較強的剪切作用，而且圓盤下面可存住一些氣體， 使氣體的分散更趨平穩(wěn)，而開啟渦輪則沒

14、有這一優(yōu)點，故效使氣體的分散更趨平穩(wěn)，而開啟渦輪則沒有這一優(yōu)點，故效 果不好。推進式和漿式一般不適用于氣體吸收操作。果不好。推進式和漿式一般不適用于氣體吸收操作。 36 7、結(jié)晶、結(jié)晶 帶攪拌的結(jié)晶過程比較復(fù)雜，尤其是需要嚴(yán)格控制晶體帶攪拌的結(jié)晶過程比較復(fù)雜，尤其是需要嚴(yán)格控制晶體 大小和形狀時更是如此。一般情況下，大小和形狀時更是如此。一般情況下，小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器，小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器， 如渦輪式，適用于微粒結(jié)晶，但晶體形狀不易一致；而大直如渦輪式，適用于微粒結(jié)晶，但晶體形狀不易一致；而大直 徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如漿式，適用于大顆粒定形結(jié)晶徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如漿式，適用于大顆粒定形結(jié)晶，但釜內(nèi)，但

15、釜內(nèi) 不宜設(shè)置擋板。不宜設(shè)置擋板。 37 8、傳熱、傳熱 傳熱量較小的夾套釜可采用漿式攪拌器傳熱量較小的夾套釜可采用漿式攪拌器;中等傳熱量的夾中等傳熱量的夾 套釜亦可采用漿式攪拌器套釜亦可采用漿式攪拌器,但釜內(nèi)應(yīng)設(shè)置擋板但釜內(nèi)應(yīng)設(shè)置擋板;當(dāng)傳熱量很大當(dāng)傳熱量很大 時時,釜內(nèi)可用蛇管傳熱，采用推進式或渦輪式攪拌器釜內(nèi)可用蛇管傳熱，采用推進式或渦輪式攪拌器,并在釜并在釜 內(nèi)設(shè)置擋板。內(nèi)設(shè)置擋板。 38 攪拌器選型攪拌器選型 低黏度均相液體的混合低黏度均相液體的混合：推進式（循環(huán)功率大，消耗功率小，最合 適）；槳式（小體積）；渦輪式（功率消耗大，不經(jīng)濟） 高黏度均相液體的混合：高黏度均相液體的混合：

16、錨式、框式、螺帶式 分散分散(非均相液體混合非均相液體混合)：渦輪式（剪切作用強，直葉更合適；黏度大， 彎頁更合適，減少能量消耗） 固體懸浮固體懸?。簻u輪式（低黏度，開啟式，彎頁），推進式（密度差小、 固液比小的場合），槳式或錨式（固液比大、沉降速度小的場合） 固體溶解固體溶解：渦輪式，螺旋槳式（小容量），槳式（易混懸操作） 氣體吸收：氣體吸收：圓盤渦輪式 結(jié)晶：結(jié)晶：小直徑高速攪拌器（渦輪式，微粒結(jié)晶），大直徑低速攪拌器 （槳式，大顆粒定型結(jié)晶） 傳熱傳熱：槳式（傳熱量小、中等，夾套傳熱），螺旋槳或渦輪式（傳熱 量大，蛇管傳熱） 39 均相液體攪拌功率均相液體攪拌功率 影響攪拌功率的因素 v幾何因素 葉輪直徑d 葉片數(shù)目、形狀及葉片長度和寬度 容器直徑D 容器中液體高度H 葉輪距容器底部距離y 擋板數(shù)目及寬度h v物理因素 液體的密度、粘度、葉輪轉(zhuǎn)速n、重力加速度g等 第三節(jié) 攪拌功率 40 41