攪拌聚合釜內(nèi)流體的流動(dòng)分析PPT課件

1、機(jī)械攪拌式反應(yīng)器第1頁(yè)/共157頁(yè)機(jī)械攪拌反應(yīng)器第2頁(yè)/共157頁(yè)第3頁(yè)/共157頁(yè)第4頁(yè)/共157頁(yè)第5頁(yè)/共157頁(yè)第6頁(yè)/共157頁(yè)第7頁(yè)/共157頁(yè)接管等）（支座、人孔、手孔、其它結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置密封裝置攪拌器攪拌軸攪拌機(jī)內(nèi)構(gòu)件換熱元件筒體攪拌容器總體結(jié)構(gòu)第8頁(yè)/共157頁(yè)攪拌器的分類按流體流動(dòng)形態(tài)軸向流攪拌器徑向流攪拌器混合流攪拌器按攪拌器葉片結(jié)構(gòu)平葉折葉螺旋面葉按攪拌用途低粘流體用攪拌器高粘流體用攪拌器第9頁(yè)/共157頁(yè) 工業(yè)上聚合反應(yīng)器種類很多，如釜式、管式、塔式等，但帶有攪拌器的釜式反應(yīng)器用的最多，約占聚合反應(yīng)器的80%。 除聚合釜外，還有許多帶有攪拌裝置的容器，如原料配制槽、加料

2、罐和儲(chǔ)槽等。 許多化工生產(chǎn)過程經(jīng)常有多相體系的混合問題，機(jī)械攪拌是解決混合問題的重要裝置。第10頁(yè)/共157頁(yè) 另外，攪拌還兼有混合、攪動(dòng)、懸浮、分散等多種功能。 混合是使兩種或多種互溶或不互溶液體按工藝要求混合均勻，如溶液、懸浮液、乳液的配制。 攪拌是使物料強(qiáng)烈的流動(dòng)，以提高傳熱和傳質(zhì)速率。第11頁(yè)/共157頁(yè) 懸浮是使小固體顆粒在液體中均勻懸浮，以達(dá)到加速溶解、強(qiáng)化液固相反應(yīng)、防止沉降的目的。 分散是使氣體、液體在液體中充分分散成細(xì)小的氣泡或液滴，增加相接觸表面，以促進(jìn)傳質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)。第12頁(yè)/共157頁(yè)為了滿足以上要求，攪拌反應(yīng)器應(yīng)具有以下作用： 推動(dòng)液體流動(dòng)，混勻物料； 產(chǎn)生剪切力，分

3、散物料，并使之懸??；第13頁(yè)/共157頁(yè) 增加流體的湍動(dòng)，提高傳熱速率； 加速物料的分散和合并，增大物質(zhì)的傳遞速率； 在高粘體系中，可以更新表面，促使低分子物蒸出。第14頁(yè)/共157頁(yè) 事實(shí)上，攪拌器經(jīng)常兼有多種功能和作用，例如，在苯乙烯乳液聚合中，攪拌兼有混合（引發(fā)劑和單體）、分散（單體液滴分散在水相中）、及提高傳熱系數(shù)的作用等。 為滿足各種生產(chǎn)過程對(duì)攪拌不同的要求，攪拌器應(yīng)具有一定的幾何和技術(shù)特性，如攪拌槳葉的型式、尺寸、轉(zhuǎn)速、功率消耗以及擋板等。第15頁(yè)/共157頁(yè)高粘度體系: : 由于體系的粘度大，靠單一的徑向流和軸向流動(dòng)已不能適應(yīng)混合的需要，此時(shí)需要有較大的面積推動(dòng)力。 隨著粘度的增

4、大可依次選用下列攪拌器。 推進(jìn)式、錨式、螺桿、螺帶、特殊型高粘度攪拌器。 第16頁(yè)/共157頁(yè)第17頁(yè)/共157頁(yè) a-錨式 b, c-框式 d-螺帶式第18頁(yè)/共157頁(yè) 攪拌器的功能提供工藝過程需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)1、通過自身的旋轉(zhuǎn)把機(jī)械能傳遞給流體，形成槳葉附近高湍流充分混合區(qū)。2、推動(dòng)流體沿一定的路徑在釜內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，形成不同的“流型”第19頁(yè)/共157頁(yè)第20頁(yè)/共157頁(yè)第二節(jié) 攪拌釜內(nèi)流體的流動(dòng)狀況 流體的流動(dòng)狀況，可以定義為：在整個(gè)攪拌容器中流體速度向量的方向。 在攪拌釜中流體的流動(dòng)狀況可以分為兩個(gè)層次：宏觀流動(dòng)狀況與微觀流動(dòng)狀況，它們對(duì)攪拌效果起著不同的作用。第21頁(yè)/共

5、157頁(yè)一、循環(huán)流動(dòng)與剪切流動(dòng) 宏觀流動(dòng)是指流體以大尺寸（大氣泡、大液滴）在大范圍中的流動(dòng)狀況，也稱循環(huán)流動(dòng)。 循環(huán)流動(dòng)有三種典型的流動(dòng)狀況：徑向流動(dòng)、軸向流動(dòng)、切線流動(dòng)。第22頁(yè)/共157頁(yè)軸向流液體軸向流入，軸向流出 特點(diǎn)：攪拌器葉片與旋轉(zhuǎn)平面夾角小于90 如：折葉槳、推進(jìn)式攪拌器徑向流液體軸向流入，徑向流出 特點(diǎn)：攪拌器葉片與旋轉(zhuǎn)平面夾角等于90 如：平槳攪拌器切向流物料粘度較低而攪拌器旋轉(zhuǎn)速度較高時(shí)，液體圍繞攪拌軸 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域稱為“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”為消除圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)，通常在釜內(nèi)設(shè)置擋板。第23頁(yè)/共157頁(yè)第24頁(yè)/共157頁(yè)第25頁(yè)/共157頁(yè)第26頁(yè)/共157頁(yè)

6、徑向流動(dòng)：流體的流動(dòng)方向垂直攪拌軸； 軸向流動(dòng)：流體的流動(dòng)方向平行攪拌軸； 切線流動(dòng)：流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也稱為旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速高時(shí)，液體表面會(huì)形成漩渦。 徑向流動(dòng)和軸向流動(dòng)對(duì)混合有利，能起混合攪動(dòng)及懸浮作用，而切線流動(dòng)對(duì)混合不利，需設(shè)法消除。第27頁(yè)/共157頁(yè) 微觀流動(dòng)是指流體以小尺寸（小氣泡、微滴）在小范圍中的湍動(dòng)狀況。 微觀流動(dòng)是由于攪拌槳剪切作用而引起的局部混合作用，它使氣泡、液滴細(xì)微化，達(dá)到微觀混合。 微觀流動(dòng)會(huì)促使局部混合，對(duì)促進(jìn)傳熱、傳質(zhì)、分散微粒也有利。第28頁(yè)/共157頁(yè) 在攪拌槳葉末端及擋板處微觀流動(dòng)作用最強(qiáng)。 不管攪拌槳葉為哪種型式，攪拌釜中都存在循環(huán)流動(dòng)與剪切流動(dòng)

7、，如果某一槳葉以循環(huán)流動(dòng)為主，稱為循環(huán)型槳葉；若以剪切流動(dòng)為主，則稱為剪切型槳葉。第29頁(yè)/共157頁(yè)二、攪拌雷諾數(shù)與流態(tài) 為定量的研究攪拌槳葉的特征，經(jīng)常用無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)加以關(guān)聯(lián)，其中以攪拌雷諾數(shù)最為重要。第30頁(yè)/共157頁(yè) 依雷諾數(shù)不同，攪拌釜內(nèi)流體有不同的流動(dòng)狀態(tài): A區(qū)間(NRe10) 此時(shí)處于層流區(qū)，液體僅在槳葉附近呈滯流旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，槳葉無(wú)液體吐出，釜內(nèi)的其余部分為液體停滯區(qū)(即死角)。 B區(qū)間(NRe l001000)此時(shí)處于過渡區(qū)，即在槳葉周圍液體為湍流狀態(tài)，上下循環(huán)流動(dòng)為滯流，隨雷諾數(shù)增大，其湍動(dòng)程度增大。第31頁(yè)/共157頁(yè) C區(qū)間(NRe1000)此時(shí)處于湍流區(qū)，整個(gè)釜內(nèi)的上下

8、循環(huán)流動(dòng)都處于湍流狀態(tài)。 無(wú)擋板時(shí)會(huì)引起旋渦, 有擋板時(shí)整釜會(huì)處于湍流狀態(tài)。 當(dāng)槳葉直徑D與釜徑T之比DT0.1時(shí)，釜內(nèi)流體雖為湍流狀態(tài)，但上下循環(huán)流不會(huì)遍及整個(gè)釜內(nèi)，易出現(xiàn)死角。 第32頁(yè)/共157頁(yè)依雷諾數(shù)不同，攪拌釜內(nèi)流體有不同的流動(dòng)狀態(tài)。第33頁(yè)/共157頁(yè)第34頁(yè)/共157頁(yè)三、擋板與導(dǎo)流筒1. 擋板 當(dāng)流體粘度不大，攪拌轉(zhuǎn)速較高，槳葉放在釜的中心線時(shí)，液體將隨著槳葉旋轉(zhuǎn)的方向形成一個(gè)漩渦，通常稱為打漩現(xiàn)象。 打漩時(shí)，液體只是隨著槳葉旋轉(zhuǎn)而不產(chǎn)生橫向的或垂直的上下運(yùn)動(dòng)，沒有發(fā)生混合的機(jī)會(huì)。第35頁(yè)/共157頁(yè)第36頁(yè)/共157頁(yè) 打漩現(xiàn)象消除措施： a. 攪拌軸偏心安裝時(shí)，能減弱游渦

9、，提 高軸向循環(huán)速率; b. 在釜內(nèi)安裝擋板可有效的消除游渦第37頁(yè)/共157頁(yè) 擋板的作用是避免旋渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體的湍流程度； 將切向流動(dòng)變?yōu)檩S向和徑向流動(dòng)，強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)液體的對(duì)流和擴(kuò)散，改善攪拌效果。 第38頁(yè)/共157頁(yè)攪拌反應(yīng)器的擋板結(jié)構(gòu)攪拌反應(yīng)器的擋板結(jié)構(gòu)第39頁(yè)/共157頁(yè)可有效地防止粘滯液體在擋板處形成死角，以防止固體顆粒的堆積。 第40頁(yè)/共157頁(yè)在高粘度物料中使用槳式攪拌器時(shí)，可安裝橫擋板以增加摻合作用，擋板寬度可與攪拌葉同寬。第41頁(yè)/共157頁(yè)第42頁(yè)/共157頁(yè) 有效的消除漩渦可在釜內(nèi)安裝擋板，通常安裝四塊擋板，擋板的寬度為釜經(jīng)的1/10-1/12。 若在攪拌漿

10、料時(shí)，擋板與釜壁之間應(yīng)留1/6板寬的空隙，以防止固體物料的沉積。 擋板的主要作用：一是使流動(dòng)狀況從旋轉(zhuǎn)流改變?yōu)閷?duì)混合有利的垂直流動(dòng)，即將切線流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流動(dòng)或徑向流動(dòng)； 二是增大被攪拌液體的湍動(dòng)程度，從而改善攪拌效果。第43頁(yè)/共157頁(yè)2. 導(dǎo)流筒 在攪拌釜內(nèi)，液體可沿各個(gè)方向流向槳葉，所以不同的液體行程長(zhǎng)短不一，在需要控制回流的速度和方向時(shí)，可使用導(dǎo)流筒。第44頁(yè)/共157頁(yè)第45頁(yè)/共157頁(yè) 導(dǎo)流筒的作用： 導(dǎo)流筒作用-提高混合效率 一方面提高了對(duì)液體的攪拌程度，加強(qiáng)了攪拌器對(duì)液體的直接機(jī)械剪切作用； 另一方面由于限定了液體的循環(huán)路徑，確立了充分循環(huán)的流型，使器內(nèi)所有物料均能通過導(dǎo)流

11、筒內(nèi)的強(qiáng)烈混合區(qū)，減少了走短路的機(jī)會(huì)。 第46頁(yè)/共157頁(yè)導(dǎo)流筒的組成： 導(dǎo)流筒是一個(gè)圓筒，安裝在攪拌器的外面。常用于推進(jìn)式和渦輪式攪拌器。第47頁(yè)/共157頁(yè)導(dǎo)流筒第48頁(yè)/共157頁(yè)第49頁(yè)/共157頁(yè)一、攪拌器的分類 攪拌器是實(shí)現(xiàn)攪拌操作的設(shè)備總稱，從不同角度，可有不同的分類方法。 按槳葉構(gòu)形可分為槳式、渦輪式、推進(jìn)式、螺桿(螺軸)和螺帶式等； 第三節(jié) 攪拌器的構(gòu)形及選擇第50頁(yè)/共157頁(yè)第51頁(yè)/共157頁(yè) 按物料流動(dòng)的流況，可分為徑向流動(dòng)和軸向流動(dòng)； 按攪拌任務(wù)，又可分為液體混合或乳化、固體顆粒懸浮、氣-液接觸、化學(xué)反應(yīng)、傳熱等。第52頁(yè)/共157頁(yè)1. 槳式攪拌器凡槳葉的構(gòu)形為

12、平槳、斜槳、錨形槳或框型槳均屬于槳式攪拌器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速低，槳葉面積大。槳徑與釜徑之比為0.5-0.7，適用于粘度為0.1-100Pa.s的液體攪拌，在無(wú)擋板情況下，轉(zhuǎn)速高時(shí)會(huì)形成漩渦。第53頁(yè)/共157頁(yè) 由槳葉、鍵、軸環(huán)、豎軸所組成。槳葉一般用扁鋼或不銹鋼或有色金屬制造。 槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為20-80r/min。 槳式攪拌器槳葉不宜過長(zhǎng)，當(dāng)反應(yīng)釜直徑很大時(shí)采用兩個(gè)或多個(gè)槳葉。第54頁(yè)/共157頁(yè)槳式攪拌器適用于流動(dòng)性大、粘度小的液體物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，物料層很深時(shí)可在軸上裝置數(shù)排槳葉。 實(shí)驗(yàn)室中時(shí)常采用此種攪拌槳。第55頁(yè)/共157頁(yè)第56頁(yè)/共157頁(yè)1、

13、平直葉式攪拌器主要用于流體的循環(huán)，不能用于氣液分散操作。2、折葉式比平直葉式功耗少，操作費(fèi)用低，故折葉槳使用較多。槳式攪拌器第57頁(yè)/共157頁(yè)2.2.渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器又稱透平式攪拌器，是應(yīng)用較廣的一種攪拌器，能有效的完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很廣的液體。葉徑與葉寬之比為5-8，葉徑與釜徑之比通常為0.5-0.7，常用的葉片數(shù)為4-8。第58頁(yè)/共157頁(yè) 渦輪式攪拌器分為圓盤渦輪攪拌器和開啟渦輪攪拌器；按照葉輪又可分為平直葉和彎曲葉,渦輪攪拌器速度較大，300-600r/min300-600r/min。 渦輪攪拌器的主要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)能量消耗不大時(shí)，攪拌效率較高，攪拌產(chǎn)生很強(qiáng)

14、的徑向流。第59頁(yè)/共157頁(yè)渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使液體微團(tuán)分散得很細(xì)，適用于低粘到中等粘度液體的混合、分散、懸浮及促進(jìn)傳質(zhì)、傳熱或化學(xué)反應(yīng)。第60頁(yè)/共157頁(yè) 渦輪式攪拌器的應(yīng)用場(chǎng)合： 適用物料粘度范圍廣。 剪切力較大，分散流體的效果好。 直葉和彎葉渦輪攪拌器主要產(chǎn)生徑向流，折葉渦輪攪拌器主要產(chǎn)生軸向流。第61頁(yè)/共157頁(yè)第62頁(yè)/共157頁(yè)渦輪式攪拌器第63頁(yè)/共157頁(yè)第64頁(yè)/共157頁(yè)3.3.推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器 標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)式攪拌器槳葉有三瓣葉片。 推進(jìn)式槳葉直徑較小，通常直徑不大于0.4m。第65頁(yè)/共157頁(yè) 推進(jìn)式攪拌器其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適用于液體粘

15、度低，液量大的液體攪拌，利用較小的攪拌功率通過高速轉(zhuǎn)動(dòng)的槳葉獲得較好的攪拌效果。 氯乙烯懸浮聚合時(shí)常采用此種攪拌槳。第66頁(yè)/共157頁(yè) 推進(jìn)式攪拌器，攪拌時(shí)能使物料在反應(yīng)釜內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，所起作用以容積循環(huán)為主，剪切作用較小，上下翻騰效果良好。當(dāng)需要有更大的流速時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒。 推進(jìn)式攪拌器直徑約取反應(yīng)釜內(nèi)徑的1/4-1/3，300-600r/min300-600r/min，攪拌器的材料常用鑄鐵和鑄鋼。第67頁(yè)/共157頁(yè)第68頁(yè)/共157頁(yè)推進(jìn)式攪拌器第69頁(yè)/共157頁(yè)推進(jìn)式攪拌器的特點(diǎn)軸向流攪拌器常用于低粘流體的攪拌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便循環(huán)量大，攪拌功率小第70頁(yè)/共157頁(yè)4.4.

16、螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器螺帶式攪拌器，常用扁鋼按螺旋形繞成，直徑較大，常做成幾條緊貼釜內(nèi)壁，與釜壁的間隙很小，所以攪拌時(shí)能不斷地將粘于釜壁的沉積物刮下來(lái)。第71頁(yè)/共157頁(yè) 當(dāng)攪拌粘度大于10Pa.s的液體時(shí)，此時(shí)攪拌功率消耗明顯增大，可以采用螺桿和螺帶式攪拌器。 螺帶式攪拌器適用于粘度極高的場(chǎng)合(103) 螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器的轉(zhuǎn)速都較低，通常不超過50r/min，產(chǎn)生以上下循環(huán)流為主的流動(dòng)，主要用于高粘度液體的攪拌。第72頁(yè)/共157頁(yè) 螺帶的高度通常取罐底至液面的高度。 通常螺帶式攪拌器其螺帶葉寬與釜徑之比為0.1，攪拌器直徑與釜徑之比為0.95。第7

17、3頁(yè)/共157頁(yè)第74頁(yè)/共157頁(yè)螺帶式攪拌器第75頁(yè)/共157頁(yè)螺桿式攪拌器第76頁(yè)/共157頁(yè)5.5.框式和錨式攪拌器框式和錨式攪拌器l框式攪拌器可視為槳式攪拌器的變形，其結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固，攪動(dòng)物料量大。l如果這類攪拌器底部形狀和反應(yīng)釜下封頭形狀相似時(shí)，通常稱為錨式攪拌器。第77頁(yè)/共157頁(yè)l 框式攪拌器直徑較大，一般取反應(yīng)器內(nèi)徑的2/39/10，505070r/min70r/min。l 框式攪拌器與釜壁間隙較小，有利于傳熱過程的進(jìn)行，快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，攪拌器葉片所帶動(dòng)的液體把靜止層從反應(yīng)釜壁上帶下來(lái)；慢速旋轉(zhuǎn)時(shí)，有刮板的攪拌器能產(chǎn)生良好的熱傳導(dǎo)。l 這類攪拌器常用于傳熱、晶析操作和高粘度液體、

18、高濃度淤漿和沉降性淤漿的攪常用于傳熱、晶析操作和高粘度液體、高濃度淤漿和沉降性淤漿的攪拌拌。第78頁(yè)/共157頁(yè)錨式攪拌器第79頁(yè)/共157頁(yè)框式攪拌器第80頁(yè)/共157頁(yè)錨式和框式攪拌器特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。2、適用于粘度大、處理量大的物料。3、易得到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。4、可減少“掛壁”的產(chǎn)生。第81頁(yè)/共157頁(yè)第82頁(yè)/共157頁(yè)二、攪拌器的選用 攪拌過程涉及流體的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)，問題比較復(fù)雜。攪拌器選用應(yīng)滿足下列要求： 保證物料的混合；第83頁(yè)/共157頁(yè) 消耗最少的功率； 所需費(fèi)用最低； 操作方便，易于制造和維修。第84頁(yè)/共157頁(yè)選用攪拌器時(shí)一般考慮方法為： 假如生產(chǎn)上對(duì)

19、攪拌沒有特殊要求，則可參照生產(chǎn)時(shí)所使用的類似攪拌器經(jīng)驗(yàn)地選定。 當(dāng)生產(chǎn)過程對(duì)攪拌有嚴(yán)格的要求，且又無(wú)類似過程的攪拌型式可供參考，則應(yīng)對(duì)設(shè)備，工藝過程的操作類別，攪拌的要求及經(jīng)濟(jì)性作全面的分析評(píng)價(jià)，找到操作的主要控制因素，然后選擇相適應(yīng)的攪拌器型式。第85頁(yè)/共157頁(yè)對(duì)于過程開發(fā)或生產(chǎn)規(guī)模很大的工程，比較精確可靠的方法是在一定的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究出最佳的攪拌器槳葉形式、尺寸及操作條件，再用相似模擬放大方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 第86頁(yè)/共157頁(yè)選用攪拌器原則： 1. 均相液體的混合 均相液體的混合，假如對(duì)達(dá)到完全混合的時(shí)間沒有嚴(yán)格要求(如儲(chǔ)槽)，任何一般類型的攪拌器都可選用。 槳式攪拌器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可

20、優(yōu)先考慮；如果要求快速混合，則可選用推進(jìn)式或渦輪式。第87頁(yè)/共157頁(yè)2. 非均相液體的混合（分散操作） 此時(shí)混合的目的是使互不相溶的液體能良好的分散。 為保證液體能分散成細(xì)滴，要求攪拌器有較大的剪切力。 渦輪式槳葉具有較大的局部剪切作用，所以對(duì)此類操作效果好。第88頁(yè)/共157頁(yè)3. 固體懸浮 保證固體顆粒均勻分散和不沉降的主要控制因素是湍流強(qiáng)度和容積循環(huán)速率。 當(dāng)固體粒子較大，固液密度差較大，固液比30%時(shí)，通常選用渦輪式攪拌器。第89頁(yè)/共157頁(yè) 當(dāng)粒子較小，固液密度差較小，固液比在60-90%時(shí)，選用平槳攪拌器。 推進(jìn)式攪拌器適用于固液密度差小，固液比103(CD段)， 在此區(qū)域?yàn)?/p>

21、湍流區(qū)，功率曲線呈一水平直線。此時(shí)功率可表示為：P=K1pN3D5。第102頁(yè)/共157頁(yè) 針對(duì)各種槳葉的攪拌特性，許多研究者提出了各種功率曲線圖可供使用，其中較通用的是由Rushton等提出的功率函數(shù)和雷諾數(shù)曲線圖，如圖5-13。 利用功率曲線圖計(jì)算攪拌功率消耗時(shí)，應(yīng)注意圖中各曲線的適用范圍。第103頁(yè)/共157頁(yè)第104頁(yè)/共157頁(yè)第105頁(yè)/共157頁(yè)二、非均相體系攪拌功率計(jì)算 對(duì)于非均相體系，其攪拌功率計(jì)算一般可采用均相液體攪拌功率計(jì)算方法加以修正的辦法。1. 氣液體系第106頁(yè)/共157頁(yè)第107頁(yè)/共157頁(yè)2. 液液體系第108頁(yè)/共157頁(yè)第109頁(yè)/共157頁(yè)3. 液固體系

22、第110頁(yè)/共157頁(yè)第111頁(yè)/共157頁(yè)三、非牛頓流體的攪拌 非牛頓流體的表觀粘度隨剪切速率而變，而攪拌釜內(nèi)的剪切速率又隨槳葉和釜的幾何形狀及攪拌轉(zhuǎn)速等參數(shù)而變化，這樣就難于確定釜內(nèi)流體的粘度和計(jì)算攪拌功率。 對(duì)于攪拌功率的計(jì)算比較簡(jiǎn)單且應(yīng)用較廣的是表觀粘度法。 設(shè)想用非牛頓流體的表觀粘度代替牛頓流體的粘度來(lái)計(jì)算攪拌雷諾數(shù)。這樣非牛頓流體的攪拌功率便可采用牛頓流體的關(guān)聯(lián)式和曲線圖進(jìn)行計(jì)算。第112頁(yè)/共157頁(yè) 對(duì)渦輪式、槳式和推進(jìn)式攪拌器在多種非牛頓流體中的攪拌功率進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用表觀粘度法時(shí)非牛頓流體與牛頓流體的NP-NRe功率曲線在層流區(qū)和湍流區(qū)幾乎重合； 非牛頓流體的NP-

23、NRe功率曲線在過渡區(qū)則低于牛頓流體，兩曲線不重合的雷諾數(shù)范圍約為20-200。第113頁(yè)/共157頁(yè)第114頁(yè)/共157頁(yè)第115頁(yè)/共157頁(yè)第116頁(yè)/共157頁(yè)第117頁(yè)/共157頁(yè)第118頁(yè)/共157頁(yè)第119頁(yè)/共157頁(yè) 顯然，當(dāng)攪拌雷諾數(shù)不夠時(shí)，就有可能出現(xiàn)在近釜壁處的液體處于停滯狀態(tài)，攪拌效果不好。 如果使釜壁液體流動(dòng)所需的最低雷諾數(shù)較小，表明該攪拌槳葉的攪拌效果好。 由表5-4可以看出，雙層槳葉比單層槳葉攪拌效果好； 對(duì)同一類槳葉，若增大槳葉直徑可增強(qiáng)攪拌效果；第120頁(yè)/共157頁(yè) 斜葉槳葉則比平直槳葉效果好； 推進(jìn)式攪拌效果較差，以中心插入更差。 這些定性規(guī)律可以作為非

24、牛頓流體攪拌器選用原則的參考。 例如對(duì)于粘度較大的流體，可采用多層斜葉渦輪。第121頁(yè)/共157頁(yè)第五節(jié) 攪拌器的流動(dòng)特性及轉(zhuǎn)速確定一、攪拌器的循環(huán)特性 攪拌槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體從中心吸入，徑離心力作用從葉端排出，如同離心泵一樣將液體泵送出來(lái)。 單位時(shí)間從槳葉排出的流量qd稱為攪拌槳葉的排出流量或泵送能力。 qd可按下式計(jì)算：第122頁(yè)/共157頁(yè) 排出流量數(shù)包含了流體的流速和攪拌器的泵送能力，反映了攪拌的劇烈程度。排出流量數(shù)也是攪拌雷諾數(shù)的函數(shù)。第123頁(yè)/共157頁(yè)第124頁(yè)/共157頁(yè)第125頁(yè)/共157頁(yè)第126頁(yè)/共157頁(yè)二、攪拌轉(zhuǎn)速的確定 攪拌器的設(shè)計(jì)首先要考慮反應(yīng)體系對(duì)攪拌效果的要

25、求，本體聚合及溶液聚合要求達(dá)到混合和攪拌，而懸浮聚合除此之外，更要求分散和懸浮，形成穩(wěn)定的懸浮體系。 從達(dá)到攪拌效果來(lái)分，可將攪拌操作分為混合攪動(dòng)型和懸浮型兩大類。 攪拌轉(zhuǎn)速的確定，取決于對(duì)攪拌的要求，例如在連續(xù)攪拌反應(yīng)釜中，應(yīng)確保進(jìn)料有效混合，此時(shí)應(yīng)使攪拌槳葉有足夠的泵送能力。第127頁(yè)/共157頁(yè) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，在連續(xù)攪拌反應(yīng)釜中獲得完全混合時(shí)，應(yīng)使泵送速率為進(jìn)料速率的4-10倍。 如果攪拌目的是為了使顆粒懸浮，此時(shí)攪拌轉(zhuǎn)速與顆粒的沉降速率有關(guān)。 攪拌槳葉的轉(zhuǎn)速越高，直徑越大，顆粒的沉降速率就越小，懸浮效果也就越好。第128頁(yè)/共157頁(yè) 為了滿足反應(yīng)過程的要求，不僅要知道對(duì)攪

26、拌的要求，還要了解反應(yīng)物料的量、物料的一些物理性質(zhì)等。 從攪拌器設(shè)計(jì)角度來(lái)說就是攪拌的尺度和難度，所謂尺度是指攪拌體系中物料量的大小，所謂難度是指達(dá)到攪拌效果所需克服的阻力。 在掌握攪拌任務(wù)的尺度和難度基礎(chǔ)上，就可以對(duì)攪拌器進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)計(jì)算。第129頁(yè)/共157頁(yè) 攪拌器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，除了滿足工藝過程要求外，主要是考慮經(jīng)濟(jì)問題。 一定范圍內(nèi)，在改變N或D的同時(shí)，調(diào)整N與D的值，對(duì)攪拌器的性能不會(huì)有明顯的影響，都可以滿足工藝過程的要求。 在達(dá)到相同排出流量的前提下，直徑小轉(zhuǎn)速高的槳葉與直徑大轉(zhuǎn)速低的槳葉相比，前者需要的功率大，但需要的減速裝置小。 即前者投資費(fèi)用低操作費(fèi)用高，而后者投資費(fèi)用高操

27、作費(fèi)用低。第130頁(yè)/共157頁(yè)1. 混合和攪動(dòng)類型的攪拌轉(zhuǎn)速的確定法 對(duì)于混合和攪動(dòng)類型攪拌過程的強(qiáng)烈程度可按相互混合液體的粘度差和密度差來(lái)區(qū)分，分為10級(jí)。第131頁(yè)/共157頁(yè)第132頁(yè)/共157頁(yè)第133頁(yè)/共157頁(yè)第134頁(yè)/共157頁(yè)第135頁(yè)/共157頁(yè)2. 顆粒懸浮類型攪拌轉(zhuǎn)速的確定法 任何粒子在流體中沉降，均受到拉拽力作用，當(dāng)拉拽力與重力平衡時(shí)，粒子在流體中沉降時(shí)的加速度為0，此時(shí)的沉降速率稱為極限沉降速率。 顆粒的極限沉降速率可由圖直接查得。第136頁(yè)/共157頁(yè)第137頁(yè)/共157頁(yè) 按習(xí)慣，懸浮類型攪拌強(qiáng)烈程度也分為10個(gè)等級(jí)。 攪拌級(jí)別（懸浮程度）與顆粒的沉降速率、槳葉直徑和轉(zhuǎn)速有關(guān)，槳葉的轉(zhuǎn)速越高，直徑越大，顆粒的沉降速率越小，所獲得的懸浮程度越高。 圖5-20為攪拌級(jí)別與槳葉直徑、轉(zhuǎn)速及顆粒設(shè)計(jì)沉降速率的關(guān)系圖。第138頁(yè)/共157頁(yè)第139頁(yè)/共157頁(yè)第140頁(yè)/共157頁(yè)利用圖5-20計(jì)算攪拌槳葉轉(zhuǎn)速的步驟：第141頁(yè)/共157頁(yè)第142頁(yè)/共157頁(yè)第143頁(yè)/共157