(聚合反應工程5-6ppt課件

1、第五章攪拌聚合釜內(nèi)流體的流動與混合第六章 攪拌聚合釜的傳熱與傳質.第五章 第一節(jié) 概述工業(yè)上聚合反響器種類很多，釜式反響器(簡稱攪拌釜)運用最普遍，約占聚合反響器的80。在聚合物消費過程中，除聚合釜外，還有許多帶有攪拌安裝的容器，如原料配制槽、加料槽、凝聚槽、漿料沉析槽和貯槽等?；はM過程中，經(jīng)常有液-液、氣-液、液-固以及氣-液-固多相體系的混合問題。機械攪拌是處理混合問題的重要安裝。攪拌兼有混合、攪動、懸浮、分散等多種功能。.攪拌器的功能混合：使兩種或多種互溶或不互溶液體按工藝要求混合均勻的操作，如溶液、懸浮液、乳液等的配制。攪拌：使物料劇烈地流動，以提高傳熱、傳質速率的操作。懸浮：使小

2、固體顆粒在液體中均勻懸浮、以到達加速溶解、強化浸取、促進液-固相反響、防止沉降等目的的操作。分散：使氣體、液體在流體中充分分散成細小的氣泡或液滴，添加相接觸外表，以促進傳質或化學反響，并滿足聚合物對粒度要求的操作。.為滿足上述要求，攪拌器應具有下述作用(1)推進液體流動，混勻物料。(2)產(chǎn)生剪切力，分散物料并使之懸浮。(3)添加流體的湍動，以提高傳熱速率。(4)加速物料的分散和合并，增大物質的傳送速率。(5)在高粘體系，更新外表，促使低分子物(如水、單體、溶劑等)逸出。攪拌器通常兼有以上多種功能和作用。例如，在苯乙烯懸浮聚合過程中，攪拌兼有混合(引發(fā)劑與單體)、剪切分散單體液滴分散在水相中)、

3、懸浮及提高傳熱系數(shù)等作用。.為滿足各種消費過程對攪拌的不同要求，攪拌器應具有一定的幾何外形和技術特性，如攪拌槳葉的型式尺寸轉速并配以適當?shù)膿醢宸绞脚c尺寸。掌握這些技術特性及其放大規(guī)律，對完善設計非常重要。.第二節(jié) 攪拌釜內(nèi)流體的流動情況攪拌的各種作用均需依托流體的流動來實現(xiàn)。流體的流動與許多要素有關，包括：釜體與攪拌器等釜內(nèi)構件(擋板、導流筒)設置、構造幾何型式、尺寸安裝位置操作條件(轉速)所處置物料的物性等。.流體的流動情況簡稱流況的定義為“在整個攪拌容器中流體速度向量的方向。在攪拌釜中流體的流況可以分為兩個層次：宏觀情況 宏觀流動微觀情況 微觀流動這兩種流況反映了攪拌的效果。.一、循環(huán)流動

4、與剪切流動宏觀流動是指流體以大尺寸(凝集流體、氣泡、液滴)在大范圍(整個釜內(nèi)空間)流動情況，也稱循環(huán)流動。循環(huán)流動存在三種典型的流況：徑向流動軸向流動切向流動.徑向流動流體的流動方向垂直攪拌軸，沿徑向流動碰到釜壁轉向上、下兩股再回到槳葉端，不穿過槳葉片，而構成上、下兩個循環(huán)流動。 圖5-1 徑向流動 .軸向流動流體的流動方向平行攪拌軸，流體由槳葉推進，使流體向下流動，碰到釜底再翻上，構成上下循環(huán)流動。 圖5-2 軸向流動 .切線流動流體繞軸作旋轉運動，也稱旋轉流動，當攪拌轉速較高時，液體外表會構成漩渦。圖5-3 切線流動.軸向流動及徑向流動對混合有利，能起混合攪動及懸浮作用。而切線流動那么對混

5、合不利！需設法消除。.微觀流動 微觀流動是指流體以小尺寸(小氣泡、液滴分散成更小的微滴)在小范圍(氣泡、液滴大小的空間)中的湍動情況。微觀流動是由于攪拌槳的剪切作用而引起的部分混協(xié)作用；可促使氣泡、液滴細微化，最后經(jīng)分子分散到達微觀混合。當攪拌具有一定粘度的流體時，隨液體流速添加，產(chǎn)生速度梯度使液體變形，同時產(chǎn)生流速的漲落，因此構成湍動。這種湍動在構造上可視為許多小渦旋，它對其中或周圍的液體微元產(chǎn)生剪切作用，使其被撕成微滴。.微觀流動的作用促使部分混合及異相外表更新，對促進傳熱、傳質、分散微粒也有利。在攪拌槳葉葉端附近及擋板處微觀流動作用最劇烈。雖然攪拌槳葉型式千差萬別，在攪拌釜中都存在循環(huán)流

6、動與剪切流動，只是二者的比重有所不同。對以循環(huán)流動為主的槳葉，稱為循環(huán)型槳葉；假設以剪切流動為主的槳葉，稱為剪切型槳葉。.二、攪拌雷諾數(shù)與流態(tài)為定量地分析攪拌槳葉的特性，經(jīng)常用無因次準數(shù)進展研討。主要有以下代表釜內(nèi)流體特性的準數(shù)：粘性力的攪拌雷諾數(shù)： NRe=Dv/DDN/ND2/ (5-1)動力特性的功率準數(shù)： NpP/(N3D5) (5-2)循環(huán)特性的排出流量數(shù)：Nqdqd/(ND3) (5-3)混合特性的混合時間數(shù)：NM=NM (5-4)傳熱特性的努塞爾準數(shù)等式中，P為功率耗費，qd為槳葉的排出流量，M為混合時間。.攪拌雷諾數(shù)NRe在攪拌釜內(nèi)，常以槳葉的端速ND作為定性速度，所以攪拌雷諾

7、數(shù)定義為：NRe=Dv/DDN/ND2/ (5-1)式中，D為槳葉直徑，N為攪拌器轉速，為流體的密度，為流體的粘度。攪拌雷諾數(shù)不僅決議攪拌釜內(nèi)流體流動的流態(tài)(層流、過渡流、湍流)，而且對攪拌器的特性和行為也有決議性作用。 .圖5-4為攪拌釜內(nèi)流體的流態(tài)、動力循環(huán)和混合特性。依雷諾數(shù)不同，釜內(nèi)流體流動有不同的流態(tài)。圖5-4 攪拌釜內(nèi)液流的流態(tài)、動力循環(huán)和混合特性曲線 . A區(qū)間(NRe10) 液體僅在槳葉附近呈滯流旋轉流動，槳葉無液體吐出，釜內(nèi)的其他部分為液體停滯區(qū)(即死角)。B區(qū)間(NRe 10) 當雷諾數(shù)達數(shù)十時，自槳葉端開場有吐出流產(chǎn)生，并引起整個釜內(nèi)流體的上下循環(huán)流動(能夠尚存在周圍死角

8、)，此時處于層流。.C區(qū)間(NRe 1001000) 此時處于過渡流態(tài)，即在槳葉周圍液體為湍流形狀，上下循環(huán)流仍為滯流，隨雷諾數(shù)增大，其湍動程度增大。D區(qū)間(NRe 1000) 整個釜內(nèi)的上下循環(huán)流動都處于湍流形狀。無擋板時會引起漩渦。當槳葉直徑D與釜徑T之比D/T0.1時，釜內(nèi)流體雖為湍流形狀，但上下循環(huán)流不會普及整個釜內(nèi)，易出現(xiàn)死角。.由于攪拌槳葉特性與釜內(nèi)流體的流態(tài)有親密關系，在設計攪拌槳葉、釜型及釜內(nèi)部構件時：首先應使釜內(nèi)沒有死角，在釜內(nèi)任何地方都有流體流動 很難做到！其次依操作目的，使釜內(nèi)液體構成有效的流況和適當?shù)牧鲬B(tài) 相對容易做到。 .三、擋板與導流筒1擋板1.1打漩景象當流體粘度

9、不大，攪拌轉速較高，且槳葉在釜的中心線時，液體將隨槳葉漩轉的方向循釜壁滑動，釜內(nèi)液體在離心力作用下涌向釜壁，使液面沿釜壁上升，中心部分的液面下降，構成一個漩渦的景象。圖5-5打漩景象俯視圖(b)側視圖.打漩時；液體只隨槳葉旋轉而不產(chǎn)生橫向或垂直的上下運動，沒有發(fā)生混合的時機。隨攪拌轉速加大，漩渦中心下凹到與槳葉接觸。此時，外面的空氣可進入槳葉而被吸到液體中，槳葉所接觸的是密度較小的氣液混合物，從而降低了攪拌效果。攪拌軸偏心安裝時，能減弱漩渦，提高軸向循環(huán)速率；但假設安裝位置選擇不當，會呵斥更大的打漩和反常漩渦，對攪拌軸呵斥危險的應力。 .消除漩渦的方法有效的方法之一是在釜內(nèi)安裝擋板。通常安裝四

10、塊擋板擋板的寬度為釜徑的1/10-1/12。假設攪拌漿料時，擋板與釜壁之間應留一定的空隙，以防止固體物料的堆積。圖5-6安裝擋板后的流況 .擋板的主要作用一、使流況從主要是生成渦流或漩渦的旋轉流，改動為對混合有利的垂直流動，也即將切線流動轉變?yōu)檩S向流動或徑向流動，這對于加強釜內(nèi)液體的對流分散、軸向流動和徑向流動都有效；二、增大被攪拌液體的湍動程度，從而改善攪拌效果。如有必要，擋板可以制成空心狀(內(nèi)冷擋板)，內(nèi)部能通傳熱介質，這樣既可改善攪拌效果又能添加傳熱而積。.擋板的其它方式：如在釜中垂直安裝的換熱管、溫度計套管也能起擋板的作用，但不及通常的擋板有效。螺旋形蛇管也能產(chǎn)生有限的擋板效應，這種效

11、應因裝設蛇管的垂直支撐構件而略有添加，但往往還需求另裝擋板。.2導流筒另一種消除漩渦的方法是運用導流筒。圖5-7表示導流筒的安裝方式及流動情況。圖5-7 導流筒安裝方式 (a)螺旋槳導流筒 (b)透平槳導流筒 .導流筒的安裝對于推進式攪拌器，導流筒套在槳葉的外面。對于渦輪式攪拌器，導流筒置于槳葉的上方。如攪拌釜內(nèi)有嚴密卷繞的蛇管也可起導流筒的作用。普通導流筒須將攪拌釜截面分成面積相等的兩部分。即：導流筒的直徑約為釜徑的70。.設置導流筒的作用1.可提高釜內(nèi)流體的攪拌強度，加強槳葉對流體的直接剪切作用。2.呵斥一定的循環(huán)流型，使釜內(nèi)一切物料均可經(jīng)過導流筒內(nèi)的劇烈混合區(qū)，提高混合效率。3. 限定循

12、環(huán)途徑，減少短路時機。 .第三節(jié) 攪拌器的構形及選擇一、攪拌器的構形分類攪拌器是實現(xiàn)攪拌操作的設備總稱，從不同角度可有不同的分類方法。按槳葉構形可分為槳式渦輪式(透平)推進式(螺旋槳)螺桿(螺軸)螺帶式等方式。.按物料流動的流況可分為徑向流動型軸向流動型按攪拌功能又可分為液體混合或乳化型固體顆粒懸浮型氣-液接觸型化學反響型傳熱型等方式。在化工操作中，普通按槳葉的構形加以分類。 .主要攪拌器槳葉構形一 .主要攪拌器槳葉構形二圖5-9 三葉后掠式及布魯馬金式槳葉構形.2槳式攪拌器凡槳葉的構形為平槳、斜槳、錨形槳或框形槳者均屬槳式攪拌器。其特點是構造簡單、轉速低、槳葉面積大。槳葉旋轉時，平板槳面與軸

13、平行，液體僅以切線方向分開槳葉，主要構成程度液流，攪動不猛烈。為添加軸向流動，可將平槳傾斜一定角度而成斜槳，此時槳葉面與軸不平行，旋轉時液流除構成切向流動外，還構成向上或向下的垂直液流，攪拌較猛烈。 .槳式攪拌器的特點平槳或斜槳的剪切作用較強，槳葉的轉速通常為20200轉/分。適用于粘度為0.1102Pas的液體攪拌。在無擋板條件下，轉速高時會構成漩渦。對于高粘度液體的攪拌，可按照釜底部的外形把槳式攪拌器做成錨式或框式。這種槳葉與釜壁的間隙小，普通槳徑與釜徑之比為0.95。 .槳式攪拌器的特點高粘液體的攪拌，需求轉速低、剪切作用小，但要求攪動范圍很大，不易產(chǎn)生死區(qū)。對必需經(jīng)過釜壁傳熱的情況，可

14、利用槳葉的刮掃作用來防止攪拌器與釜壁之間產(chǎn)生滯流層，從而促進傳熱 宜采用錨式或框式攪拌器。當粘度高于103Pas時，由于功率耗費太大，普通就不宜采用錨式或框式攪拌器。 .2推進式攪拌器規(guī)范的推進式攪拌槳有三瓣葉片，其螺距S與槳徑D相等。攪拌時，流體的流況復雜：液體由槳葉上方吸入，從下方以圓筒狀螺旋形排出，即驅使流體向下流動，軸向分速度使液體沿軸向流動，待流至釜底再沿壁折回返至螺旋槳上方，構成軸向循環(huán)流動，同時，也存在部分徑向液流。推進式槳葉呵斥流動的湍流程度不高，但循環(huán)量大，無擋板時，也會構成漩渦。.2推進式攪拌器推進式槳葉直徑較小，通常采用較小的D/T比，直徑普通不大于0.4m。推進式攪拌器

15、的優(yōu)點是構造簡單，制造方便。適用于液體粘度低，液量大的液體攪拌，利用較小的攪拌功率經(jīng)過高速轉動的槳葉獲得較好的攪拌效果。推進式攪拌器的剪切作用不大，循環(huán)性能好，屬于循環(huán)型攪拌器。.3.渦輪式攪拌器又稱透平攪拌器，能有效地完成幾乎一切的攪拌操作，并能處置粘度范圍很廣的液體，槳葉方式很多，有開式和閉式兩大類。根據(jù)槳葉葉片的外形和位置，又有平直葉片彎曲葉片傾斜葉片圓盤平直葉片圓盤彎葉圓盤斜葉等。.渦輪式攪拌器的特點從流動情況看，渦輪式攪拌器像一只無泵殼的離心泵。物料被抽吸后，在離心力作用下，液體作切向和徑向流動，并以很高的絕對速度從出口沖出。出口液體的徑向分速度使液體流向壁面，然后分成上、下兩路回流

16、入攪拌槳葉，構成徑向流況的循環(huán)流動，徑向流動與釜壁和轉軸垂直，并在釜壁附近折轉為向上、下垂直流動。既有垂直液流，又有徑向液流，使液體有良好的從頂究竟的翻轉運動，有利于混合。.渦輪式攪拌器的特點渦輪式攪拌器的剪切力較大，可使液體微團分散得很細，適用于低粘到中粘液體的混合液-液分散液-固懸浮及促進良好的傳熱、傳質或化學反響。彎葉指葉片朝著流動方向彎曲可降低功率耗費，適用于含有易碎固體顆粒的液體攪拌。.渦輪式攪拌器的特點斜槳渦輪的排液才干較小，但由于旋轉時產(chǎn)生的軸向流動分量，有助于固體顆粒的懸浮。槳葉可做成閉式，即于槳葉上下兩側加蓋板，與離心泵的閉式葉輪類似。蓋板可用于控制抽液和排液，如在渦輪上面加

17、裝蓋板，抽吸液體被限制在渦輪的底部。.4螺桿及螺帶式攪拌器當攪拌粘度大于10Pas的液體時，宜采用螺桿和螺帶式攪拌器。通常將螺桿槳置于釜中心，釜內(nèi)設置離壁擋板或導流筒，提高釜內(nèi)液體的攪拌強度并呵斥一定的循環(huán)流型，提高混合效率。螺帶式攪拌器適用于粘度極高的場所(如達103Pas)。詳細構形有單螺帶雙螺帶四螺帶螺桿/螺帶式等。 .螺桿/螺帶式攪拌器旋轉時內(nèi)螺桿迫使液體向下運動外螺帶那么使液體向上運動，從而可使液體充分混合，不致產(chǎn)生停滯區(qū)。外螺帶還可與釜內(nèi)壁很好地吻合，直接刮掃釜壁上的液體，有利于夾套式攪拌釜的傳熱。.二、攪拌器的選用攪拌器選用首先應滿足以下要求：(1)保證物料的混合(2)耗費最少的

18、功率(3)所需費用最低(4)操作方便，易于制造和維修。上述各條也是評價攪拌器性能的主要根據(jù)。 .選用攪拌器的普通原那么 (1)假設消費上對攪拌沒有特殊要求，那么可參照消費時所運用的類似攪拌器閱歷地選定。(2)對攪拌有嚴厲的要求，又無類似過程的攪拌型式可供參考時，那么應針對設備、工藝過程的操作類別、攪拌的要求及經(jīng)濟性作全面的分析評價，找到操作的主要控制要素，然后選擇相順應的攪拌器型式。(3)對于過程開發(fā)或消費規(guī)模很大的工程，需經(jīng)實驗研討，確定最正確的攪拌器槳葉方式、尺寸及操作條件，再用適當?shù)姆糯蠓椒ㄟM展設計計算。.選用攪拌器的普通原那么1均相液體混合型攪拌器選擇均相液體混合的主要控制要素是容積循

19、環(huán)速率。假設對到達完全混合的時間沒有嚴厲要求(如貯槽)，任何普通類型的攪拌器都可以選用。槳式攪拌器構造簡單，可優(yōu)先予以思索。假設要求快速混合，那么可選用推進式或渦輪式。對于粘度較高的體系，可根據(jù)粘度值和釜的容積大小來選用。.2非均相液體的混合(分散操作)混合的目的是使互不相溶的液體能良好地分散。為保證液體能分散成細滴，要求有較大的剪切力和容積循環(huán)速率。所以，非均相液體混合的主要控制要素是液滴的大小(分散度)及容積循環(huán)速率。渦輪式槳葉具有較大的部分剪切作用和容積循環(huán)速率，對此類操作效果較好。當分散粘度較大的液體時，可采用彎葉渦輪，以減少動力耗費。.3.固體懸浮保證固體顆粒均勻分散和不沉降的主要控

20、制要素是容積循環(huán)速率及湍流程度?？筛鶕?jù)固體顆粒的性質選用攪拌器。當固體粒徑和固液密度差較大，可選用開式渦輪；粒徑和固液密度差較小，可選用平槳；推進式適用于固液密度差小的攪拌。當釜體較長時，可采用多層槳攪拌。.4氣體吸收及氣液相反響這類操作主要保證氣體進入液體后被打散，進而能構成更小的氣泡并能使氣泡均勻地分散。故控制要素是部分剪切作用、容積循環(huán)速率及高轉速。圓盤式渦輪最理想。 .5.高粘度體系控制要素是容積循環(huán)速率并需低轉速。由于體系的粘度大，靠單一的徑向流動和軸向流動不能順應混合的需求，此時要有大的面積推進力。隨著粘度的增大可依次選用以下攪拌器：透平、錨式、框式、螺桿、螺帶、特殊型高粘度攪拌器

21、.圖5-10 、5-11 攪拌器選型指南 .第四節(jié) 攪拌功率的計算攪拌器所需功率由三方面構成：(1)攪拌器所耗費的能量，即攪拌器推進液體流動所需的能量；(2)攪拌軸封所耗費的能量；(3)機械傳動所耗費的能。其中，所需功率以攪拌器軸功率為主。軸封所耗費能量在運用填料密封時，普通為攪拌器軸功率的1015；機械端面密封時普通約為攪拌器軸功率的為2。機械傳動效率普通為0.80.95。.計算攪拌功率的目的 (1)攪拌功率是衡量攪拌強度的主要物理量。(2)攪拌功率是攪拌器機械設計的根本數(shù)據(jù)。(3)根據(jù)攪拌功率為攪拌電機選用提供根據(jù)。.一、攪拌過程的因次分析因次分析所根據(jù)的根底是因次的一致性，即每一個物理方

22、程式，其兩端不僅數(shù)值相等，而且因次也相等。在許多情況下，由于研討的對象過于復雜，所涉及各個要素之間的關系尚不能用簡單的微分方程加以描畫或微分方程過于復雜，難以求解。通常的處置方法是將物理量與影響要素之間的關系寫成普通的不定函數(shù)方式，然后根據(jù)這些物理量的根本因次將它們組合為一個或幾個無因次組(即數(shù)群)。由于因次論不是從所研討的物理景象的本質出發(fā)，而只是單純依托各物理量間的因次關系的分析，故所得到的無因次數(shù)群不一定有明確的物理意義。.在研討攪拌軸功率P時，根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)它與下面幾個變量有關：攪拌器轉速N攪拌器槳葉直徑D液體密度液體粘度重力加速度g.假定與幾何構型有關的參數(shù)(如釜徑、槳葉寬度、擋板尺寸

23、、液深等)嚴厲地與槳葉直徑D成比例那么攪拌軸功率P與上述變量的函數(shù)關系可寫成 P=f(N,D,g) (5-5)寫成指數(shù)方式： PKNaDbcdge (5-6)式中，K為常數(shù)a、b、c、d、e為指數(shù)。根據(jù)因次關系，上式可表示為 ML2/t3=(1/t)a(L)b(M/L3)c(M/Lt)d(L/t2) (5-7).由因次一致性，經(jīng)整理可得： (5-8)式中：p-d，q-e。用無因次數(shù)群表示時，上式可寫成 NP=KNRepNFrq (5-9)式中： NP=P/(N3D5) 攪拌功率準數(shù) NRe=ND2/ 攪拌雷諾數(shù) NFr=DN2/g 攪拌弗魯?shù)聹蕯?shù).假設把幾何要素加以思索，式(5-9)可寫成更普

24、遍的方式： NP=KNRepNFrqf(D/T, b/T, H/T, Kb,) (5-10)功率準數(shù)與雷諾準數(shù)及弗魯?shù)聹蕯?shù)的關系式是攪拌功率計算的根底。當幾何構形一定時，假設以功率函數(shù)表示，那么式(5-9)可簡化為： NP=KNRepNFrq NP/NFrq=f(NRe)也即功率函數(shù)是攪拌雷諾數(shù)的函數(shù)。.二、均相流體攪拌功率的計算把功率函數(shù)或功率準數(shù)Np與雷諾數(shù)NRe值在雙對數(shù)坐標紙上標繪，所得曲線稱為功率曲線。各種攪拌器的功率準數(shù)與雷諾數(shù)的關系大體類似，對于一個詳細的幾何構形只需一條功率曲線，它與攪拌釜的大小無關，但不同幾何構形的攪拌槳葉各有特定的功率曲線。圖5-12為某攪拌槳葉的典型功率曲

25、線。 圖5-12 攪拌釜的NPNRe曲線 .由圖5-12可見，功率曲線可分為三個區(qū)域：1NRel10(AB段)： 在此區(qū)域中，所用攪拌器的功率曲線斜率為-1的直線，為攪拌的層流區(qū)。此時釜內(nèi)呈粘性力占優(yōu)勢的粘性流動，重力影響可忽略，即不思索NRe的影響。層流時的功率準數(shù)關聯(lián)式可表示為 ：NP=KNRe-1， NP=P/(N3D5) P=KN2D3 (5-10)式中，K為常數(shù)與攪拌條件有關。式(5-10)顯示，層流時在一定的攪拌轉速下，功率耗費與液體粘度成正比，而與液體的密度無關。.2NRe10103(BC段)： 在此區(qū)域中，流體從層流過渡到湍流，稱為攪拌過渡區(qū)，各種尺寸或各種構形槳葉的BC段不同

26、。3NRe103(CD段)： 在此區(qū)域內(nèi)為湍流區(qū)，功率曲線呈一程度直線。在全擋板釜時，液體不構成漏斗狀下陷漩渦，可不思索重力的影響，此時功率準數(shù)NP為常數(shù)，所以 P=K1N3D5 (5-11) 式中，K1為常數(shù) 。.由式(5-11)即：P=K1N3D5 ，可以看出：湍流時，全擋板釜的攪拌功率耗費與液體密度成正比，而與液體的粘度無關。由大量實驗數(shù)據(jù)的積累，已歸納出不同攪拌槳葉的常數(shù)K及Kl值，如表5-1所示p155。對于無擋板釜，當NRe300時，液體不構成漩渦，此時可不思索重力影響。但當NRe300時，將產(chǎn)生漩渦，重力影響顯著，此時式(59)NP=KNRepNFrq )中的指數(shù)q0，q值由下式

27、計算： q(-lgNRe/) (5-12).表5-1 、表5-2.針對各種槳葉的攪拌特性，許多研討者提出了各種功率曲線圖可供運用。其中，較通用的是由Rushton等人提出的功率函數(shù)NRe曲線，如圖5-13所示p155。 .提示：利用功率曲線圖計算攪拌功率耗費時，應留意圖中各曲線的適用范圍，假設運用時與圖5-13中所列條件偏離較遠時，將會引起較大的誤差。. 例5-1 在不斷徑為1.2m，液深為1.2m，內(nèi)裝有4塊擋板(Bw/T0.10)的反響釜內(nèi)，反響液的密度為1300kg/m3，粘度為1310-3Pas，今用一三葉推進式攪拌器(D0.4m，S/D1)以300轉/分的轉速進展攪拌，計算(1)攪拌

28、軸功率耗費。(2)假設改用同樣直徑的六葉平直圓盤渦輪，轉速不變，攪拌功率是多少？(3)假設釜內(nèi)不設擋板，仍采用六葉平直圓盤渦輪時，其攪拌功率是多少?.解: (1)計算攪拌雷諾數(shù)由圖5-13曲線2得0.32，因有擋板，NRe103，Np=NFrq=0.32 q0(2)由5-13曲線6查得6.3，NP=6.3 .(3)無擋板，NRe300，有漩渦，查表5-2得1.0，40.0，代入式(5-12)計算指數(shù)q：由圖5-13曲線5查得1.2， .三、非均相體系攪拌功率計算對于氣-液、液-液、液-固等非均相體系，其攪拌功率計算普通可參照均相液體攪拌功率的計算方法，并加以修正。1氣-液體系液體中通入氣體，降

29、低了被攪拌液體的有效密度，因此也就降低了攪拌功率。永田對六葉渦輪攪拌釜在廣泛通氣流率范圍內(nèi)研討了對攪傳功率的影響，得到如下關聯(lián)式(5-19) :.式(5-19)中，Pg和P0分別為通氣和不通氣條件下的攪拌功率，q為通氣速率m3/s。Calderbank用六葉平直渦輪在全擋板攪拌釜中研討了通氣系數(shù)G與攪拌功率的關系，得到如下關聯(lián)式:Pg/P0=1-1.26G; G3.610-2 (5-20)Pg/P0=0.62-1.85G;3.610-2G1110-2 (5-21)式中，G=q/ND3，見圖5-14p158。顯然，只需算出不通氣時均相液體的攪拌功率，經(jīng)過該式圖就能方便地計算通氣條件下的攪拌功率。

30、 .當大量通入氣體時，開場出現(xiàn)大氣泡，功率耗費不再明顯變化，該形狀稱“液泛。圖5-14 攪拌的功率比Pg/P0與通氣系數(shù)G的關系Pg/P0.第五節(jié) 攪拌器的流動特性及轉速計算 在攪拌器作用下，流體在釜內(nèi)按一定的流況作循環(huán)流動，攪拌器的流動特性也稱循環(huán)特性，是影響攪拌效果的重要要素。一、攪拌器的循環(huán)特性攪拌槳葉旋轉時，液體從中心吸入，經(jīng)離心力作用從葉端排出，好像離心泵一樣將液體泵出。單位時間內(nèi)從槳葉排出的流量qd稱為攪拌槳葉的排出流量或泵送才干。 .排出流量qd可按液體分開槳葉的平均速率u和槳葉掃過面積的乘積來計算。槳葉掃過的面積與槳葉直徑D2成正比，而平均速率又正比于葉端速度(ND)，故可得

31、qd=NqdND3 (5-38)式中的比例系數(shù)Nqd稱為排出流量數(shù)或泵送準數(shù)。排出流量數(shù)Nqd包含了流體的流速和攪拌器的泵送才干，反映了攪拌的猛烈程度。排出流量數(shù)與功率準數(shù)相類似，也是攪拌雷諾數(shù)的函數(shù)。 .渦輪攪拌器排出流量數(shù)與雷諾數(shù)的關系 圖5-17渦輪攪拌器排出流量數(shù)與雷諾數(shù)的關系 .在層流時，qcqd；湍流時，qcqd。與排出流量數(shù)相類似，可用循環(huán)流量數(shù)Nqc來表征攪拌槳葉的循環(huán)特性 Nqc=qc/ND3 (5-40)在湍流域時，它們的關系為 Nqc= Nqd1+0.16(T/D)2-1 (5-41)影響Nqd及Nqc的主要要素是雷諾數(shù)及槳葉特性。.假設用循環(huán)次數(shù)N c或循環(huán)時間tc來表

32、征攪拌器的循環(huán)特性更為直觀。 N c =qc/VNqcND3/V (5-46) tc=1/Nc (5-47)式中，V為攪拌釜內(nèi)流體的體積。.循環(huán)次數(shù)N c是一個很重要的攪拌參數(shù)，通?？捎靡耘袆e攪拌強度。 普通攪拌 N c 35次/分 劇烈攪拌 N c 510次/分 習慣上用排出流量數(shù)Nqd與功率準數(shù)Np的比值來判別槳葉的流動特性：當Np/Nqd12時，為循環(huán)型槳葉；當Np/Nqd3 時，為剪切型槳葉。.二、攪拌轉速確實定攪拌器設計首先要思索反響體系對攪拌效果的要求：本體聚合及溶液聚合要求到達混合和攪動。懸浮聚合更要求分散和懸浮，以構成穩(wěn)定的懸浮體系。從攪拌效果來看，可將攪拌操作分成混合攪動型和

33、懸浮型兩大類。攪拌釜內(nèi)流體的流速分布和攪拌轉速親密相關。攪拌轉速確實定取決于對攪拌的詳細要求。如在延續(xù)攪拌反響釜中，應確保進料有效混合，此時攪拌槳葉應有足夠的泵送才干。 .1混合和攪動型攪拌轉速確實定對于混合和攪動類型攪拌過程的劇烈程度按相互混合液體的粘度差和密度差來區(qū)分。攪拌劇烈程度分為10級，表5-5列出10個攪拌等級的劃分標難。.設計混合、攪動型攪拌安裝的步驟 (1)根據(jù)消費義務確定攪拌釜容積和釜徑T；(2)選定槳葉直徑與釜徑比值D/T，初步求出槳葉的直徑D；D/T的比值普通在0.20.8之間。實踐運用時常用的槳葉D/T比值范圍如下： 平槳 0.50.83 渦輪 0.330.40 推進式

34、 0.10.33(3)根據(jù)所得攪拌程度確定攪拌等級和總體流速u；(4)計算攪拌槳葉的排出流量qduT2/4；.(5)運用雷諾準數(shù)NRe和排出流量數(shù)Nqd關系圖(見圖5-17，p162)，計算攪拌槳葉轉速N；首先假設在湍流區(qū)，由圖5-17查得Nqd，從而初選出轉速N，根據(jù)初選出的N值計算NRe后，再從圖上讀出Nqd，經(jīng)過反復試差校正，可計算出適宜的轉速；(6)對攪拌槳葉直徑進展粘度校正，校正因數(shù)CF列于表5-6。DeD/CF，其中，De表示槳葉經(jīng)校正后的直徑；(7)計算攪拌槳葉的軸功率耗費.例5-2 一個容積為40m3貯槽，包容幾臺分批反響器的產(chǎn)物，產(chǎn)物密度為1.05，最大動搖為0.05。粘度為

35、0.49Pas。各批產(chǎn)品間粘度無明顯變化，產(chǎn)品在貯槽中至少存放兩天。槽徑3.5m，直邊高3.65m，碟形底。試設計攪拌安裝。 解 各批物料的密度差別小，粘度無明顯變化，對均勻程度沒有提出特別要求，存放時間又長，攪拌強度可選用一級。 .由表5-6查得，總體流速u1.8m/min，那么排出流量為qd=u(T2/4)=1.8(3.143.52/4)=17.26m3/min假設選用六葉渦輪槳葉，取D/T0.25，那么D0.25T0.253.50.875m計算攪拌轉速，利用圖5-17，假設為湍流操作，由D/T0.25時，查得Nqd0.87，從而N=qd/(NqdD3)=17.26/0.870.8753=

36、29.6rpm此時的雷諾數(shù)為：N=ND2/1.05100029.6/600.8752/0.49=809由圖5-17讀出，Nqd約為0.71，重新計算轉速 .N=qd/(NqdD3)=17.27/(0.710.8753)=36.3rpm由此，得雷諾數(shù)：NRe=ND2/=1050(36.3/60)(0.875)2/0.49=994由圖5-17讀出，此時的Nq0.73，重新計算轉速得：N=17.26/0.73(0.875)3=35.3rpm計算雷諾數(shù)：NRe=1050(35.3/60)(0.875)2/0.49=965再從圖5-17讀出，Nq0.73，與上一個設定的Nqd相近，故攪拌槳葉轉速可確定為

37、N=35.3rpm。.對槳葉直徑進展粘度校正：由表5-6看出，當NRe為965時(700)，CF1，也即槳葉直徑不需校正，仍取D0.875m。表5-6 槳葉直徑的粘度校正因數(shù)CF雷諾數(shù)NRe700500400300200校正系數(shù)CF1.000.990.980.970.95150 10080 70 60 500.930.910.900.890.880.87.2顆粒懸浮型攪拌轉速確實定 顆粒懸浮型攪拌器普通是按顆粒懸浮問題來處置，按懸浮程度的要求計算攪拌槳葉的尺寸和轉速，而顆粒懸浮系統(tǒng)的攪拌難度，那么決議于懸浮粒子的沉降速率。Stokes曾對單顆光滑球形粒子的沉降進展研討，并提出極限沉降速率的計算

38、式。但對實踐體系，情況遠非如此，主要由于：顆粒多，不再是單顆粒經(jīng)不均一，存在粒經(jīng)分布外形不規(guī)那么，不一定都是球形外表也不能夠都是光滑的所以計算式的運用遭到限制。.比較適用的方法是將：粒子的平均粒徑dp極限沉降速率ut顆粒與懸浮介質密度差三者之間的關系整理成圖，如圖5-19所示。由圖5-19可直接查得顆粒的極限沉降速率。 .圖5-19 球形顆粒在液體中自在沉降的極限沉降速率圖.懸浮類型攪拌劇烈程度，也可劃為10個等級，表5-7列出10個攪拌等級的劃分規(guī)范。攪拌級別(懸浮程度)與有關以下要素：顆粒的沉降速率槳葉直徑轉速槳葉的轉速愈高，直徑愈大，顆粒的沉降速率愈小，所獲得的懸浮程度愈高。即：懸浮程度

39、(攪拌級別)NnDm/ud (5-48)式中ud為設計沉降速率。.表5-7 不同攪拌級別的攪拌效果(顆粒懸浮型).圖5-20為攪拌級別與槳葉直徑、轉速及顆粒設計沉降速率的關系。圖中的橫坐標以9.28103N3.75D2.81/ud來表示的。利用圖5-20，在確定了攪拌級別，槳葉直徑設計沉降速率后，可以計算攪拌槳葉的轉速。詳細設計計算步驟如下：.詳細設計計算步驟 (1)計算密度差：假設顆粒雷諾數(shù)處于層流或湍流區(qū)域，分別計算密度差(p-)/或(p-)/；(2)查取極限沉降速率ut：根據(jù)顆粒直徑dp及密度差由圖5-19查取極限沉降速率ut；(3)設計沉降速率ud校正：當懸浮體系的稠度較高時，顆粒之間

40、容易發(fā)生粘合，此時將大于單個顆粒的沉降速率。閱歷闡明，稠度愈高，攪拌愈困難。因此，需校正以求出設計沉降速率ud； udfwut，fw的數(shù)值見表5-8；.表5-8 顆粒沉降校正因數(shù)顆粒濃度，（質量）fw顆粒濃度，（質量）fw顆粒濃度，（質量）fw20.80201.10401.5550.84251.20451.70100.91301.30501.85151.0351.42.(4)選定攪拌槳葉方式及槳葉直徑，即確定槳葉直徑與釜徑之比值D/T，(5)根據(jù)表5-7選定攪拌等級；(6)計算攪拌槳葉轉速：運用圖5-20由選定的攪拌級別、D/T值及ud讀取值，計算轉速N：N=ud/(9.28103D3.81)

41、t/3.75 5-49(7)校正顆粒雷諾數(shù)NRe(p)NRe(P)=dPut/ (5-50) NRe(P) 1000為湍流態(tài)。(8)計算攪拌軸功率。.高聚物消費攪拌安裝設計參考規(guī)范.思索題1.攪拌器普通具有哪些功能？2.攪拌釜內(nèi)流體的流動分為哪兩個層次？3.循環(huán)流動的三個典型流況分別是什么？哪些流動對混合有利？哪些流動需抑制？4.何為打漩景象？如何消除打漩景象？5.試說出幾種攪拌器的構型、特點和運用。6.攪拌器應滿足哪些根本要求?選擇攪拌器的根本方法是什么？7.攪拌器的功率耗費主要用于哪些方面？計算攪拌器功率有何重要意義？.8.從攪拌器的功率曲線可以得出哪些重要信息？9.氣液體系的攪拌功率與均

42、相體系相比有何特點？10.何為泵送準數(shù)？其對攪拌器計算有何重要作用？11.攪拌級別普通分為幾個等級？12.常用的攪拌槳葉直徑的大致范圍如何？13.何為顆粒雷諾數(shù)？其在不同的范圍時，密度差如何計算？14.聚合反響的攪拌級別普通選擇幾級？15.懸浮程度與哪些要素親密相關？16.層流和湍流時的攪拌功率如何計算？為什么？.第六章 攪拌聚合釜的傳熱與傳質 第一節(jié) 聚合過程的傳熱問題聚合反響通常是放熱反響，而聚合物的分子量及其分布又對溫度非常敏感。因此，傳熱是控制聚合過程的重要問題，傳熱速率與放熱速率相等，才干使聚合溫度恒定。放熱速率：等于聚合速率與單體聚合熱的乘積。表6-1列舉一些常見單體的聚合熱。.聚

43、合速率在聚合過程中通常是變化的并受引發(fā)劑種類、濃度及單體濃度等影響。根據(jù)轉化率-時間關系大致有減速勻速加速三種類型，其轉化率-時間曲線如圖6-1所示。 圖6-2 轉化率-時間曲線1-減速，2-加速，3-勻速.(1)減速型：如離子型聚合、縮聚反響，其聚合速率隨單體濃度降低而降低。(2)加速型：自在基聚合在高轉化階段有凝膠效應，出現(xiàn)自動加速景象，聚合速率呈S型變化，呵斥放熱速率不均勻，最高放熱速率能夠是平均放熱速率的23倍。(3)勻速型：假設引發(fā)劑半衰期選擇得當，可到達勻速反響。采用復合引發(fā)劑、逐漸或分批加單體或催化劑等措施可使聚合速率堅持平衡。.常用放熱不均勻系數(shù)R表示放熱特性。 R=Qmax/

44、Qav (6-1)式中，Qmax為最大放熱速率，Qav為平均放熱速率。R值與引發(fā)劑體系有關。如以AIBN引發(fā)劑進展氯乙烯懸浮聚合時，R1.82.67，用IPP引發(fā)劑時，R=1.21.4。.從配方與操作方法入手，使放熱速率均勻是處理聚合釜傳熱問題的重要途徑。除思索反響熱外，有時攪拌熱也不能忽視。懸浮聚合與乳液聚合時，攪拌熱僅占5，但在高粘度情況下攪拌熱可達3040。應該指出，最大的傳熱速率有時能夠不在反響階段！.如在自在基聚合過程中，為使聚合物分子量均勻，要求盡快到達設定聚合溫度，升溫階段的傳熱量能夠最大。例如：苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯懸浮共聚時，要求在58min內(nèi)，從40升溫到90，其升溫階段的

45、傳熱速率是平均傳熱速率的十倍以上。對于高粘聚合體系，由于釜壁有較厚的液層，從而嚴重影響聚合釜的傳熱系數(shù)。因此，如何提高傳熱速率是聚合釜設計時應仔細思索的問題。.第二節(jié) 攪拌聚合釜的幾種傳熱方式確定攪拌聚合釜的傳熱方式，首先要從聚合反響過程的特點出發(fā)。聚合反響往往要求嚴厲控制聚合溫度、反響物料純真、釜內(nèi)常需處置高粘度易結垢的物料。因此，要求攪拌聚合釜傳熱安裝的傳熱速率要高、構造簡單、防止構成易引起掛膠的粗糙外表及導致結垢的死角、易于清洗。.傳熱方式常用間接傳熱。常用傳熱安裝有夾套內(nèi)冷件回流冷凝體外循環(huán)冷卻器等。.(1)夾套 夾套傳熱最常采用，其構造簡單，如圖6-2所示。在處置粘度較高的物料時，由

46、于傳熱系數(shù)下降。可采用以下措施：1)提高夾套內(nèi)傳熱介質(或稱載熱體，通常是水)的湍動來添加攪拌釜的總傳熱系數(shù)。圖6-2 攪拌聚合釜的夾套傳熱安裝 .2夾套內(nèi)安裝導流擋板或擾流噴嘴圖6-4 擾流噴咀 圖6-3 安裝導流擋板的傳熱夾套 .(2)內(nèi)冷件 有襯里的聚合釜或釜壁采用導熱性不良的材質制造時(如搪瓷釜)，有時因傳熱系數(shù)低不能僅用夾套傳熱。大型聚合釜，由于單位體積的傳熱面積較小，僅采用夾套傳熱才干也不夠。為此，除安裝夾套外，還需附加釜內(nèi)傳熱安裝。最常運用在釜內(nèi)安裝內(nèi)冷件，如內(nèi)冷管和內(nèi)冷擋板的方法。.裝有傳熱擋板的攪拌釜 內(nèi)冷管的管壁較薄，冷卻水流速大，所以傳熱系數(shù)比夾套傳熱系數(shù)大得多?？蓸O大改

47、善攪拌聚合釜的傳熱條件。.在容易結垢的聚合過程中，聚合釜內(nèi)不宜采用蛇管或管束冷卻。由于蛇管與釜壁間，易結垢且不易清洗。在這種情況下，僅設置少數(shù)內(nèi)冷管兼作擋板。如國產(chǎn)33m3帶內(nèi)冷管夾套攪拌釜，內(nèi)冷管占總傳熱面積的22，可擔負45的傳熱量。內(nèi)冷擋板及內(nèi)冷管的設計和安裝應消除死角、全部置于液面之下，以防止氣液界面處積聚聚合物。.(3)回流冷凝器 當采用夾套及釜內(nèi)傳熱安裝還不能滿足傳熱要求時，可采用釜外傳熱方式強化傳熱。釜外傳熱可以分為兩種一種是將釜內(nèi)物料氣相導出，進展釜外循環(huán)熱交換；另一種是液相導出進展釜外循環(huán)熱交換。如圖6-6，6-7所示。.圖6-6 氣相釜外循環(huán)熱交換安裝圖6-7 液相釜外循環(huán)

48、熱交換安裝 .氣相釜外循環(huán)熱交換安裝(回流冷凝器)，是以蒸汽冷凝方式傳熱，具有傳熱系數(shù)高，傳熱面積不受釜容積限制等優(yōu)點。通常管內(nèi)通物料蒸汽，管外通冷卻介質，以便于清洗?；亓骼淠鞯臉嬙鞈乐顾澜恰Ｒ螅汗茏蛹肮馨逋獗硪饣?、管子不可伸出管板、銜接處應密封以防物料被冷卻介質污染和破壞催化劑。用于聚合釜時，回流冷凝器要留意防止單體在冷凝器中進展聚合而呵斥堵塞，不運用易揮發(fā)的催化劑或引發(fā)劑以防止帶入冷凝器。 .以下情況不宜采用液相外循熱交換安裝：1要求嚴厲控制反響溫度的一類聚合反響：物料在換熱器中溫度會下降510左右，不利于反響控制。懸浮聚合：易呵斥結塊。對剪切敏感的膠乳體系應慎用：由于循環(huán)泵里的剪

49、切速率很大，容易破壞膠乳的穩(wěn)定性。體系粘度過大的本體聚合或溶液聚合：泵送有困難。 .外部冷卻器應具有清理方便，傳熱系數(shù)高等特點。常用的有板式熱交換器 套管式熱交換器 列管式熱交換器等。.第三節(jié) 攪拌聚合釜的傳熱計算 攪拌聚合釜的傳熱計算與普通傳熱計算一樣。傳熱速率同樣取決于釜內(nèi)流體與載熱體的溫度差、傳熱面積及總傳熱系數(shù)。故有 Q=KA(ti-t0) 6-2式中，Q為傳熱速率，A為傳熱面積，ti為過程流體的溫度，t0為載熱體的溫度，K為總傳熱系數(shù)。式(6-2)顯示：提高總傳熱系數(shù)，添加傳熱面積和降低冷卻水溫度以擴展溫差等措施均可提高傳熱速率。釜大型化后，單位體積的傳熱面積減小，降低水溫會添加冷凍

50、的動力耗費，因此，提高總傳熱系數(shù)是改善傳熱效率的最好方法。.總傳熱系數(shù)與以下要素有關：釜內(nèi)物料性質攪拌條件夾套內(nèi)水流情況水溫釜壁材質粘釜物及水垢的堆積。其定量關系可由以下熱阻方程表示： 1/K1/i1/0/ 6-3式中，i和0分別代表釜的內(nèi)壁和釜外壁傳熱膜系數(shù)，/L為釜壁固體導熱部分的總熱阻。其中, 為厚度，L為導熱系數(shù)。經(jīng)過熱阻分析可以找出主要熱阻所在和提高傳熱總系數(shù)的方法、途徑。 .釜內(nèi)壁傳熱膜系數(shù)i的主要要素聚合釜內(nèi)物料性質(尤其是體系的粘度)和攪拌條件，如攪拌槳葉方式、尺寸、流動形狀、擋板條件等是影響釜內(nèi)壁傳熱膜系數(shù)i的主要要素。體系粘度愈小，攪拌效果愈好，那么釜內(nèi)壁滯流層愈薄，熱阻就

51、愈小，傳熱膜系數(shù)i就愈大。因此，降低體系粘度和改善攪拌效果是提高i和總傳熱系數(shù)K值的重要途徑。對低粘度體系，如懸浮聚合、乳液聚合及低粘度溶液聚合，攪拌在湍流區(qū)操作，此時的i較大，普通約2000w/m2K，故1/i不構成熱阻的主要部分。 .隨物料粘度添加，熱阻1/i數(shù)值迅速增如，在總傳熱阻力中所占比重愈來愈大，當粘度添加到某一限制時，1/i 將構成熱阻的主要部分。例如消費疏松型聚氯乙烯時，在聚合后期，由于樹脂外表疏松吸收較多水分，體系內(nèi)的自在流體減少，粘度添加，導致總傳熱系數(shù)劇降。本體聚合及溶液聚合在聚合后期也因體系的粘度劇增，導致聚合釜的總傳熱系數(shù)下降到100以下。因此，降低體系粘度也是提高1

52、/i 的重要途徑。.釜外壁傳熱膜系數(shù)0的影響要素聚合釜以夾套冷卻時，0的數(shù)值隨冷卻水的流況而定。假設冷卻水處于自然對流形狀時，0約為500，總傳熱系數(shù)只能在300350；當冷卻水處于猛烈流動形狀時，0可達30005000，此時總傳熱系數(shù)提高到400600。由此可見：改動夾套中冷卻水流況是提高傳熱膜系數(shù)0的重要途徑。例如在夾套內(nèi)按裝導流擋板或擾流噴咀，多點切向進水等措施都能使冷卻水處于猛烈流動情況并提高0。 .從/進展分析固體導熱系數(shù)普通較小，尤其是聚合物垢層及水垢層的導熱系數(shù)很小，對傳熱影響很大，普通在400500左右，會極大限制聚合釜總傳熱系數(shù)的提高。為降低釜壁固體導熱部分總熱阻，可采取以下

53、措施：應盡能夠采用導熱系數(shù)高的材質：例如碳鋼比不銹鋼導熱系數(shù)高，為防止腐蝕采用不銹鋼和碳鋼的復合板，在保證強度的前提下，釜壁宜薄些。設法降低粘釜和掛膠發(fā)生：及時進展清釜。改善冷卻水水質：以減小水垢的堆積。.i與0的計算一、均相液體的傳熱計算對于低粘度均相液體在攪拌釜中的傳熱計算已有大量研討，普通可用強迫對流傳熱的無因次準數(shù)關聯(lián)式表示。Nu=a(NRe)b(NPr)c(b/w)m或 L/= a(ND2/)b(Cp/)c(b /w)m (6-4)式中，為被攪拌液體對壁面的傳熱膜系數(shù)，L為定性長度，對夾套釜L取釜徑T，D為攪拌槳葉直徑，N為攪拌器轉速；，Cp，分別為流體在主體溫度下的導熱系數(shù)、熱容、

54、密度和粘度；w為壁溫下流體的粘度。.湍流時，雷諾數(shù)的指數(shù)普通取b2/3，Npr的指數(shù)C1/3，粘度比的指數(shù)m0.14。各種攪拌釜傳熱方程的主要差別在于常數(shù)a值的不同。a值包含了幾何要素的影響，所以各攪拌釜傳熱方程只能在幾何類似的條件下運用。無特殊闡明時，有關攪拌釜的傳熱關聯(lián)式均由規(guī)范釜所得。規(guī)范釜的幾何尺寸為：攪拌釜直徑T與攪拌器直徑D之比為3：1液層高度H與釜徑T之比為1：1攪拌槳葉離底高度C與槳葉直徑D之比為1。引薦的攪拌一側傳熱膜系數(shù)關聯(lián)式聚集于表6-2中。.表6-2 引薦的攪拌一側傳熱膜系數(shù)關聯(lián)式通式：L/= a(ND2/)b(Cp/)c(b /w)m(其它項) .二、非均相體系的傳熱

55、 非均相的液-固懸浮體系所構成的漿液，當固體顆粒體積分率小于1時，固體顆粒對于傳熱影響很小，此時可以運用均相體系的傳熱關聯(lián)式進展傳熱計算。假設固體體積分率大于1時，影響變得顯著并使傳熱系數(shù)下降。Frantisak對裝有四塊擋板及推進式攪拌器的夾套攪拌釜進展研討，根據(jù)對363個牛頓型漿液丈量值的線性回歸分析，得到(6-17)式。.式中，NRea，NPra表示采用體系物料的平均物性計算所得雷諾數(shù)和普蘭特數(shù)；Cpd，Cpc分別為分散相和延續(xù)相的恒壓熱容；d，c分別為分散相和延續(xù)相的密度；d為分散相的體積分率。混合物的平均物性Cpm，m可根據(jù)以濃度為根底的加和性予以確定。.而m和m可按下式計算：式中，

56、d，c分別為分散相相延續(xù)相的導熱系數(shù)，c為延續(xù)相的粘度，d為分數(shù)相體積分率。 (6-18) (6-19) .四、攪拌聚合釜總傳熱系數(shù)的計算外側夾套側傳熱膜系數(shù)0的計算方法：Lehrer提出，對流體經(jīng)過夾套作強迫對流時的傳熱膜系數(shù)0，可按下式計算 ： (6-32) 式中，De是夾套的當量直徑，用(6-33)式求算。 De=(8/3)0.5(D2-Dl)/2 (6-33)式中，Dl為夾套內(nèi)徑，D2為夾套外徑。.NRe的計算與夾套進水方式：如圖(6-8)所示，假設冷卻水的入口接納安裝在容器下部，出口管安裝在容器的上部時，雷諾數(shù)NRe用(6-34)式計算： NRe=De(u0uA)0.5/ (6-34

57、)式中，u0是接納入口處流體流速，設夾套側冷卻水流量為W，接納內(nèi)徑為di，那么u0為 u0=4W/di2 (6-35).接納沿徑向方向安裝時圖6-8：uA取夾套內(nèi)流體上升速度，即 uA=4W/(D22- D12) (6-36)接納按切線方向安裝時圖6-9：uA取夾套內(nèi)間隙流體速度，即 uA=2W/Hj(D22- D12) (6-37)式中的Hj為夾套高度。切向進水時，添加了冷卻水的流速，從而添加了湍動程度使傳熱膜系數(shù)提高。.由釜壁側的傳熱膜系數(shù)i及夾套側的傳熱膜系數(shù)0，結合攪拌釜材質的熱阻就可利用式(6-3)計算攪拌釜的總傳熱系數(shù)K。.第四節(jié) 攪拌釜內(nèi)的傳質過程 物理過程：分散、溶解化學過程提

58、高攪拌強度，增大傳質膜系數(shù)，增大傳質速率傳質面積一定，攪拌程度與傳質系數(shù)無關.一 分散體系的傳質膜系數(shù) N=KlaCs-Cl分散努賽爾準數(shù) Nu=NSh=KD/DAB分散普蘭德準數(shù) Nsc=u/pDAB傳質過程關系式 NSh=fNu，Nsc.二 伴有相間傳質的聚合反響在運用混合，損拌等實際來處置聚合反響過程還是獲得很大的勝利 伴有相間傳質的聚合反響與低分子化學反響類似以氣液相聚合為例，在氣液單體從氣相傳送到相界而，再從相界面進入液相進展聚合反響過程中，存在有傳送阻力和化學反響阻力。實踐表現(xiàn)出來反響速率是包括傳送過程阻力在內(nèi)的綜合反響速率，面不是純粹的反響速率。這種含有傳送過程阻力在內(nèi)的反響速率關系就稱為宏觀動力學。.排除傳質阻力的影響，使實踐反響速率與傳送過程特性無關，即所謂動力學控制。必需竭力提高聚合反響器的攪拌轉速，攪拌轉速不再影響實踐反響速率為止。倘假設傳質速率遠小于聚合反響速率時，實踐反響速率就完全取決于傳送過程速率，表現(xiàn)為傳送過程特性而與聚合反響動力學特性無關，此時稱 為分散控制。假設聚合反響和傳送過程兩者的速率有一樣數(shù)量級時，那末二種過程的特性都以不可忽視的程度影響實踐反響速率的特性。.在伴有相間傳質的聚合反響中，傳質阻力主要導致反響物或反