化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部第03章

3.1概述工業(yè)背景(錄像)3.1.1攪拌的目的(錄像)(1)互溶液體的均勻混合(2)多相物體的分散和接觸(jiēchù)氣泡分散于液體中液滴分散于不互溶液體中固體顆粒懸浮于液體中(動(dòng)畫)(錄像)(3)強(qiáng)化傳熱第3章液體(yètǐ)攪拌精品資料3.1.2方法機(jī)械攪拌氣流(qìliú)攪拌、射流攪拌、靜態(tài)混合、管道混合3.1.3攪拌器的類型按工作原理可分兩大類：旋槳式：旋槳(動(dòng)畫)、螺帶式(動(dòng)畫)、錨式(動(dòng)畫)、框式(動(dòng)畫)渦輪式：渦輪(圖)、平直葉(動(dòng)畫)精品資料3.1.4混合效果的度量（1）調(diào)勻(tiáoyún)度I當(dāng)CA<CA0當(dāng)CA>CA0平均調(diào)勻(tiáoyún)度調(diào)勻(tiáoyún)度與取樣尺寸有關(guān)精品資料（2）分隔尺度分散物質(zhì)微團(tuán)尺寸（分隔尺度）的大小與調(diào)勻(tiáoyún)度應(yīng)同時(shí)作為攪拌效果的描述指標(biāo)，對不同的物系，其可能達(dá)到的尺度：互溶液體：分子尺度；不互溶液體或氣液：只能達(dá)到微團(tuán)尺度，攪拌越激烈微團(tuán)尺度越??；液固系統(tǒng)：只能大尺度；對多相分散物系，分隔尺度（氣泡、液滴和固體顆粒的大小和直徑分布）是攪拌的重要指標(biāo)。精品資料（3）宏觀混合與微觀混合設(shè)備尺度混合——總體流動(dòng)旋渦尺度混合——剪切力場混合效果的度量與考察的尺度有關(guān)的。引入混合尺度概念。從設(shè)備尺度上考察，兩者都是均勻的宏觀混合。當(dāng)考察尺度縮小到微團(tuán)或最小的旋渦尺度，兩者有不同的調(diào)均度，即宏觀混合有優(yōu)劣。如從分子(fēnzǐ)尺度來考察，即微觀混合，兩者都不均勻。真正的微觀混合只有依賴于分子(fēnzǐ)擴(kuò)散，才能達(dá)到分子(fēnzǐ)級的均勻。精品資料3.2混合機(jī)理3.2.1攪拌器的兩個(gè)功能（1）總體流動(dòng)將流體輸送到攪拌釜內(nèi)各處大尺度宏觀混合。（2）強(qiáng)剪切或高度湍動(dòng)產(chǎn)生剪切力場或旋渦小尺度宏觀混合，促進(jìn)微觀混合。注意(zhùyì)：流體不是靠槳葉直接打碎的，而是靠高剪切力場撕碎的。精品資料射流(shèliú)現(xiàn)象作用①夾帶②剪切,脈動(dòng)精品資料3.2.2均相液體的混合機(jī)理（1）低黏度液體的混合總體流動(dòng)+高度湍動(dòng)最小液團(tuán)尺寸為10μm量級（2）高黏度及非牛頓流體的混合多處于層流(cénɡliú)狀態(tài)——混合機(jī)理主要依賴于充分的總體流動(dòng)。3.2.3非均相物系的混合機(jī)理（1）液滴或氣泡的分散精品資料界面張力是抗力，σ大不易分散穩(wěn)定時(shí)，液滴破碎與合并達(dá)動(dòng)態(tài)平衡液滴大小分布不均的原因：葉片附近——剪切強(qiáng)度大、液滴??；邊角處——剪切強(qiáng)度小、液滴大。措施：①盡量使釜內(nèi)湍動(dòng)程度均勻(jūnyún)；②加少量保護(hù)膠或表面活性劑，使液滴難以合并。（2）固體顆粒的分散細(xì)顆?！蛏㈩w粒團(tuán)聚體粗顆?！款w粒離底懸浮操作轉(zhuǎn)速應(yīng)大于懸浮臨界轉(zhuǎn)速精品資料（3）氣泡尺度的分布原理基本相同，但氣液界面張力比液液(yèyè)界面張力為大，氣液密度差大，大氣泡易浮升到液面，因此分散更加困難。精品資料（3）攪拌器的性能(xìngnéng)3.3.1常用攪拌器的性能(xìngnéng)（1）旋槳式攪拌器(錄像)qV大，H小，軸向流出葉片端速度5~15m/s適于低黏度液體μ<10Pa·s（2）渦輪式攪拌器(錄像)qV小，H大，徑向流出葉片端速度3~8m/s適于中等黏度液體μ<50Pa·s精品資料（3）大葉片(yèpiàn)低轉(zhuǎn)速攪拌器(錄像)錨式、框式、螺帶式端部速度0.5~1.5m/s適于高黏度液體、顆粒懸浮液能防止器壁沉積現(xiàn)象（4）性能綜述(錄像)精品資料旋漿式：（工作原理類似軸流泵葉輪）特點(diǎn)－大流量(liúliàng)、低壓頭（低剪切，低湍動(dòng)）；渦輪式：（工作原理類似離心泵葉輪）特點(diǎn)－小流量(liúliàng)、高壓頭（強(qiáng)剪切，高湍動(dòng)）；錨式、框式、螺帶式：特點(diǎn)－適應(yīng)于高黏度的流體；精品資料3.3.2強(qiáng)化過程的工程措施(cuòshī)不利因素—抑制；有利因素—調(diào)動(dòng)3.3.2.1不利因素（1）打旋卷入空氣電機(jī)負(fù)荷不穩(wěn)定液體溢出（2）流體走短路qV不足有死區(qū)（3）阻力不足能量加不進(jìn)、打滑精品資料3.3.2.2工程措施(1)提高轉(zhuǎn)速(zhuànsù)——提高流量qV、壓頭H(2)加擋板——消除打旋，增加阻力四塊擋板——全擋板(錄像)(3)偏心安裝——破壞循環(huán)回路的對稱性(錄像)精品資料(4)裝導(dǎo)流筒——避免(bìmiǎn)短路及死區(qū)精品資料3.4攪拌功率3.4.1混合效果與功率消耗功率消耗P=ρgHqV增加功率——改善混合效果能量合理有效利用——與槳形、尺寸選擇有關(guān)大尺度(chǐdù)：qv大；小尺度(chǐdù)：H大；→P大對攪拌器,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)：不是設(shè)法提高效率η，而是設(shè)法增加功率P。盡管如此，攪拌裝置仍存在能量的有效利用。如需要快速分布，要有大流量；如需要高破碎度，要有高湍動(dòng)。所以攪拌裝置要針對性地設(shè)計(jì)。精品資料3.4.2功率曲線(錄像)（1）影響功率的因素有：攪拌器直徑d，葉片(yèpiàn)數(shù)，容器直徑D，液體高度h，攪拌器離底距離，檔板數(shù)。P=f(d,ρ,n,μ,h,D…)無量綱化精品資料幾何相似(xiānɡsì)條件下，對應(yīng)邊成同一比例，都相同，此時(shí)，精品資料（2）功率曲線功率準(zhǔn)數(shù)K與攪拌雷諾數(shù)ReM的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：應(yīng)用(yìngyòng)條件：幾何相似功率P=Kρn3d5精品資料層流區(qū)：圖3－8所示的攪拌器，C＝71。湍流區(qū):K為常數(shù)，與雷諾數(shù)無關(guān)。圖3－9中線1的K＝6.3。上述功率曲線是在單一(dānyī)液體時(shí)測定的。對于液～液，液～固系統(tǒng)要進(jìn)行校核。精品資料精品資料3.4.3攪拌功率的分配當(dāng)P=Kρn3d5為一定值時(shí)或小直徑(zhíjìng)，高轉(zhuǎn)速——強(qiáng)剪切力場大直徑(zhíjìng)，低轉(zhuǎn)速——大流量轉(zhuǎn)速與直徑(zhíjìng)可根據(jù)需要而人為調(diào)整在同等功率下，加大直徑(zhíjìng)降低轉(zhuǎn)速，更多的功率用于總體流動(dòng)；減小直徑(zhíjìng)提高轉(zhuǎn)速，更多的功率用于湍動(dòng)。根據(jù)混合的要求正確選擇攪拌器的直徑(zhíjìng)和轉(zhuǎn)速，否則也會浪費(fèi)功率。精品資料3.5攪拌器的放大3.5.1放大過程（設(shè)計(jì)）小試→中試→工業(yè)設(shè)計(jì)，逐級放大設(shè)計(jì)中要解決：（1）攪拌器的類型、攪拌釜的形狀——看工藝過程特點(diǎn)（2）幾何尺寸、轉(zhuǎn)速n、功率P——看放大準(zhǔn)則(zhǔnzé)幾何相似放大——便于用同一根功率曲線精品資料3.5.2放大準(zhǔn)則（1）不變，（2）單位體積能耗不變，,

（3）葉片端部切向速度不變，（4）不變，具體(jùtǐ)要看混合效果，可能這四個(gè)準(zhǔn)則都不適用，須找新的放大規(guī)律。精品資料3.6其他(qítā)混合設(shè)備(1)靜態(tài)混合器(錄像)(2)管道混合器(動(dòng)畫)(3)射流混合器(動(dòng)畫)(4)氣流攪拌器(錄像)精品資料本次(běncì)講課習(xí)題：第三章1~3精品資料工業(yè)背景(bèijǐng)返回精品資料攪拌的目的(mùdì)返回精品資料攪拌(jiǎobàn)釜返回精品資料攪拌釜結(jié)構(gòu)(jiégòu)返回精品資料旋槳返回(fǎnhuí)精品資料螺帶式返回(fǎnhuí)精品資料錨式返回(fǎnhuí)精品資料框式返回(fǎnhuí)精品資料渦輪返回(fǎnhuí)精品資料平直(pínɡzhí)葉返回精品資料旋槳式攪拌器返回(fǎnhuí)精品資料渦輪式攪拌器返回(fǎnhuí)精品資料大葉片(yèpiàn)低轉(zhuǎn)速攪拌器返回精品資料性能綜述(zōngshù)返回精品資料加擋板(dǎnɡbǎn)返回精品資料偏心(piānxīn)安裝返回精品資料功率曲線(qūxiàn)返回精品資料靜態(tài)(jìngtài)混合器返回精