化工原理第三章液體的攪拌

1、第三章液體的攪拌，、攪拌目的和方法1、攪拌目的均相混合：互溶液體的混合非均相混合：不互溶液體的分散、接觸液、液氣、液的分散、接觸固體顆粒在液體中懸浮接觸（cat） 傳熱2、方法機(jī)械攪拌（圖3-1）氣流攪拌、射流攪拌、靜態(tài)混合、管道混合1、攪拌器的類(lèi)型與選用（表3-1）根據(jù)工作原理分類(lèi)：旋漿式：（工作原理類(lèi)似軸流泵葉輪 軸向、切向運(yùn)動(dòng)） 大流量、低壓頭渦輪式：（工作原理類(lèi)似離心泵葉輪， 徑向、切向運(yùn)動(dòng)） 小流量、高壓頭三、混合效果的度量（傳熱：傳熱系數(shù)；反應(yīng)：轉(zhuǎn)化率）1、調(diào)勻度：使Va，Vb完全均勻混合后，平均濃度CAoVaVa Vb1#在攪拌器內(nèi)任意地取樣分析濃度，則定義調(diào)勻度:#Io（當(dāng) C

2、a < Cao 時(shí)）I1 _Ca1 -CAo（當(dāng) Ca Cao 時(shí)）顯然,I<1，完全均勻時(shí)，I=1調(diào)勻度只能反映某局部的混合均勻效果，且其值與 取樣量的多少有關(guān)，整體混合效果用平均調(diào)勻度：二 Ii 丨2Imm2、混合尺度（分隔尺度）圖3-2分散物質(zhì)微團(tuán)尺寸（分隔尺度）的大小與調(diào)勻度應(yīng) 同時(shí)作為攪拌效果的描述 指標(biāo)，對(duì)不同的物系，其 可能達(dá)到的尺度：互溶液體：分子尺度不互溶液體：只能達(dá)到微團(tuán)尺度，攪拌越激烈， 微團(tuán)尺度越小液固系統(tǒng)：只能大尺度四、混合機(jī)理1、大尺度的混合機(jī)理：（混合均勻）對(duì)微團(tuán)尺度無(wú)要求，只要求微團(tuán)均勻分布在 容器內(nèi)各處，要求攪拌器能產(chǎn)生強(qiáng)大的循環(huán) 流量（總體流動(dòng)）

3、，并且無(wú)流動(dòng)死角。（總體流動(dòng)：圖3-3、3-4）2、小尺度混合機(jī)理A .微團(tuán)的形成：由于流體內(nèi)部的剪切力使液滴 變形，碎成小液滴，湍動(dòng)越激烈，3剪切力越大，微團(tuán)尺度越小高壓頭大小尺度大流量混合均勻4#B .互溶液體的混合機(jī)理:分子尺度的混合，只能靠分子擴(kuò)散完成。攪拌 只是將大液滴-小液滴，即微團(tuán)分散成小尺 度，縮短達(dá)到分子尺度的時(shí)間，加快混合速C.不互溶液體的混合機(jī)理:總體流動(dòng)只能獲得較大的液滴和較好的均勻 性，要得到小尺度的混合，須增加液滴與連續(xù)相 的相對(duì)速度（剪切力）和表面壓力，使液滴破 碎。所以，大尺度混合只須大的總體流量，而對(duì) 湍動(dòng)要求不高。為達(dá)到小尺度混合均勻，除產(chǎn)生 強(qiáng)大的總體流動(dòng)

4、，還須產(chǎn)生強(qiáng)大湍動(dòng)。總體流動(dòng) 的湍流程度越高，液滴尺寸越小。3、液滴尺度的分布表面張力小液滴合并剪切力-大液滴破碎（抗衡）當(dāng)容器內(nèi)湍動(dòng)不均勻時(shí)，則液滴分布不均勻，為使 液滴分布均勻，采取的措施：A. 設(shè)法使容器內(nèi)湍動(dòng)分布均勻B. 加表面活性劑，改變液滴的表面張力（如高分子單體聚合）五、攪拌器的兩大功能1 產(chǎn)生強(qiáng)大的總體流動(dòng)（循環(huán)流動(dòng)）2 產(chǎn)生高度的湍流（強(qiáng)剪切力） 幾種常用攪拌器的性能：（1）旋漿式攪拌器 （循環(huán)量大，湍動(dòng)弱，圓周運(yùn)動(dòng)） 懸槳產(chǎn)生軸向流動(dòng)，大尺寸調(diào)勻（2）渦輪式攪拌器 （兩路循環(huán)，湍動(dòng)強(qiáng)，圓周運(yùn)動(dòng)） 槳葉外緣造成激烈的旋渦運(yùn)動(dòng)和很大的剪切力， 液體微團(tuán)分散細(xì)，適合于小尺度均勻的

5、混合過(guò) 程。（3）大葉片低速攪拌器 （適合高粘度） （包括漿式，錨式，框式，螺帶式等） 漿式：徑向范圍大，軸向流動(dòng)范圍不大 螺帶式：徑向范圍大，軸向流動(dòng)范圍大六、強(qiáng)化湍動(dòng)的措施 湍動(dòng)程度以攪拌器產(chǎn)生的壓頭反映， 湍動(dòng)阻力損失1.提高攪拌器的轉(zhuǎn)速H n22 阻止容器內(nèi)液體的圓周運(yùn)動(dòng) 按裝擋板（圖 3-5 ） 偏心安裝（破壞對(duì)稱性）（圖 3-6 ）3. 裝導(dǎo)流筒（圖 3-7 ）七、攪拌功率1. 攪拌功率：攪拌器消耗的能量用于向液體提供厶匕口.能量。NgVHP= PgqvH大尺度：qv大小尺度：H大P大對(duì)攪拌器,要求能消耗更多的功率（如設(shè)置擋 板），以獲得較好的攪拌效果。（與泵不同） 攪拌器設(shè)計(jì)：不

6、是設(shè)法提咼效率n而是設(shè)法增加功率P能量利用2 .功率曲線影響功率的因素有：攪拌器直徑d葉片數(shù)，容器直徑D 液體高度h攪拌器離底距離，檔板數(shù)Pf , n,d,： " /）Dd,因次分析法:Pn3d5-nd2a6#對(duì)幾何相似的攪拌裝置:ReM功率準(zhǔn)數(shù)k :Re.P= Kn 3d5攪拌雷諾數(shù)ReMd2n、u = nd圖 3-9 :層流區(qū):2 、-1Re10,K = C| ,P= C n2d3湍流區(qū):35ReM 104,k常數(shù),n d3 .攪拌功率的分配流量取決于面積（d2）與速度（u二nd ）qv ' nd3H n2d2（壓頭正比于速度的平方）P= gqvHH n結(jié)論：若希望達(dá)到大尺度混合時(shí)，應(yīng)選擇旋漿式 的攪拌器和大直徑低速度的攪拌器，反之，貝燉 選擇渦輪式和小直徑高轉(zhuǎn)速的攪拌器。八、攪拌器的放大1.攪拌器的研究及設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題 A .攪拌器的類(lèi)型，幾何形狀與尺寸 B.攪拌器的操作轉(zhuǎn)速、輸入功率2放大原則A. 保持放大前后雷諾數(shù)相等2 2即 n1d1 二 n2d2B. 保證放大前后單位容積流體的功率相等即 n fd12 = nC. 保持葉片端部切向速度相等即 n川廠n2d2D. 保持放大前后V/H