攪拌器的強化-全文可讀

制藥工程原理與設備第三章分離與攪拌沉降過濾離心分離攪拌第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)目錄一、機械攪拌裝置的構成典型的攪拌裝置主要由下列部分組成:(1)攪拌槽:裝盛被攪拌物的容器。攪拌槽一般為直立的圓筒槽，攪拌器通常固定于其頂蓋，槽底的構型以有利于流線形流動為宜，故多為碟形底，亦可用平底。錐形底因易形成停滯區(qū)及易使懸浮著的顆粒沉聚，除特殊場合外一般不采用。為滿足傳熱、傳質(zhì)及化學反應過程的需要，攪拌槽往往配置有加熱或冷卻夾套。(2)攪拌器:電動機、轉(zhuǎn)軸及安裝在軸底的葉輪(或稱推動器)。攪拌器是攪拌設備的核心部件，通常由電機直接驅(qū)動或通過減速裝置傳動，將機械能傳給液體，推動液體運動從而實現(xiàn)攪拌操作。4圖4-24攪拌器的裝置1—電機；2—減速器；3—加料(3)輔助部件:包括密封裝置、支架、導流筒及槽壁上的管；4—軸；5—夾層；6—攪拌第四節(jié)

攪拌4槽；

7—攪拌器擋板等。二、攪拌器的類型(一)攪拌罐中流體的流動類型攪拌罐中流體循環(huán)流動是達到物料混合所不可缺少的流動狀態(tài),而渦流擴散、剪切流又是快速達到攪拌目的所必須的。攪拌器的形狀與運轉(zhuǎn)情況是決定攪拌罐內(nèi)流體流動狀況最主要的因素。根據(jù)攪拌器主要的排液方向?qū)⑵浞譃閺较蛄餍秃洼S向流型。徑向流型攪拌器中流體的流動方向主要與攪拌罐壁和攪拌軸垂直,流體在攪拌罐壁和攪拌軸附近轉(zhuǎn)折向上下垂直流動。軸向流型攪拌器中流體的流動方向主要與攪拌罐和攪拌軸平行。第四節(jié)

攪拌55軸向流型徑向流型(二)攪拌器類型1.漿式轉(zhuǎn)速:1~100r/min黏度:<2Pa·s流動狀態(tài):有軸向分流和環(huán)向分流:低速時水平環(huán)向流為主；高速時以徑向流為主應用范圍:結構簡單，常用于低黏度液體的混合、固體微粒的溶解和懸浮及氣體分散等操作2.螺旋漿式轉(zhuǎn)速:100~500r/min黏度:<2Pa·s流動狀態(tài):軸向流型，循環(huán)速率高，剪切力6小應用范圍:主要用于互溶液體的混合、固體的懸浮、強化攪拌槽內(nèi)傳熱等第四節(jié)

攪拌63.渦輪式轉(zhuǎn)速:30~500r/min黏度:低黏度、高黏度均適用流動狀態(tài):徑向流型應用范圍:應用廣泛，尤適用于不互溶液體的混合、氣體和固體的溶解、固體的懸浮、液相反應相傳熱等操作4.螺帶式轉(zhuǎn)速:0.5~50r/min黏度:<100Pa·s流動狀態(tài):軸向流型，一般是流體沿攪拌槽壁螺旋上升再沿漿軸下降,層流狀態(tài)下操作應用范圍:螺帶式攪拌器主要用于中、合、反應及傳熱等過程第四節(jié)

攪拌7高黏度液體的混75.錨式轉(zhuǎn)速:1~100r/min黏度:<100Pa·s流動狀態(tài):水平環(huán)向流；層流狀態(tài)操作應用范圍:適用于不太強烈攪拌，必須涉及全部液體的場合，以及用于攪拌含有相當多固體的懸浮物6.框式轉(zhuǎn)速:1~100r/min黏度:<100Pa·s流動狀態(tài):水平環(huán)向流；層流狀態(tài)操作8應用范圍:適用于不太強烈攪拌，必須涉及全部液體的場合，以及用于攪拌含有相當多固體的懸浮物第四節(jié)

攪拌8三、混合機制(一)總體流動將兩種不同的流體置于槽內(nèi),開動攪拌器,攪拌器的葉輪把能量傳給液體,產(chǎn)生高速液流,這股液流又推動周圍的液體,在槽內(nèi)形成一個循環(huán)流動。在總體流動的作用下,促進了槽內(nèi)液體宏觀上的均勻混合。(二)渦流運動當葉輪旋轉(zhuǎn)時,所產(chǎn)生的高速液流通過靜止的或運動速度較低的液體中時,由于高速液體和低速液體在其交界面上產(chǎn)生了速度梯度,使界面上的液體受到很大的剪切作用,因而產(chǎn)生大量旋渦,并且迅速向周圍擴散,進行上下、左右、前后各方向紊亂的且又是瞬間改變速度的運動。9第四節(jié)

攪拌9當流體達到湍流狀態(tài)。若攪拌槽為平底圓形且光滑無障礙，攪拌器置于槽中心，液體的黏度不大，在攪拌軸附近會形成旋渦。攪拌器轉(zhuǎn)速越大，形成的旋渦越深，這種現(xiàn)象稱為“打旋”。旋渦中心的液體幾乎與攪拌軸作同步旋轉(zhuǎn)，類似于一個回轉(zhuǎn)的圓形固體柱，稱之為“圓柱形回轉(zhuǎn)區(qū)”?！按蛐焙蠊?有效容積降低，且?guī)缀醪划a(chǎn)生軸向混合，攪拌效果下降。嚴重時出現(xiàn)負壓，從表面吸入空氣，使攪拌器不能正常操作。10第四節(jié)

攪拌圖4-26湍流無擋板產(chǎn)生“

圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)

”10(三)“打旋

”現(xiàn)象四、攪拌器的強化為達到均勻混合，攪拌器應具備兩個功能:在釜內(nèi)形成一個循環(huán)流動；同時希望產(chǎn)生強剪切或湍動。循環(huán)回路中消耗的能量越大，說明液流中旋渦運動越劇烈，內(nèi)部剪應力越大，即湍動程度越高。攪拌器的強化措施:(一)提高攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌器的工作原理與泵的葉輪相同。攪拌器旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此適當提高轉(zhuǎn)速可提高攪拌器旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭，同時可向液體提供更多的能量，從而提高攪拌效果。11第四節(jié)

攪拌11(二)抑制“打旋”現(xiàn)象(1)在攪拌槽內(nèi)裝設擋板最常用的擋板是沿容器壁面垂直安裝的條形鋼板,它可以有效地阻止容器內(nèi)的環(huán)形流動。設置擋板后,液流在擋板后造成旋渦。這些旋渦隨主體流動遍及全釜,提高了混合效果。同時,擋板可將環(huán)形流動轉(zhuǎn)化為徑向流動和軸向流動,并增大被攪拌液體的湍動,從而改善攪拌效果。擋板通常設置4個已足夠,再多也不會進一步增強湍動。如果容器非常大,則可適當增加擋板數(shù)目。此外,攪拌12槽內(nèi)的溫度計插管、各種形式的換熱管等也在一定程度

上起著擋板的作用。第四節(jié)

攪拌122.抑制“打旋”現(xiàn)象(2)偏心安裝將攪拌器偏心安裝，以破壞液體循環(huán)回路的對稱性，并加劇液體的湍動程度，從而可有效地抑制打旋現(xiàn)象，顯著地提高攪拌效果。此外，將攪拌器偏心且傾斜地安裝或?qū)嚢杵髌乃降匕惭b于大型釜的下部，均可有效地抑制或消除打旋現(xiàn)象，提高攪拌效果。13第四節(jié)

攪拌(a)偏心安裝

(b)偏心水平安裝132.抑制“打旋”現(xiàn)象(3)裝設導流筒在攪拌槽內(nèi)設置導流筒，可以嚴格控制回流液體的速度和流動方向。導流筒的作用，不僅可以提高槽內(nèi)液體的攪拌程度，加強葉輪對液體的剪切作用，而且還確立了充分的循環(huán)流型，使槽內(nèi)的液體均通過導流筒內(nèi)的劇烈混合區(qū)域，從而提高混合效率，消除了短路現(xiàn)象。第四節(jié)

攪拌(a)螺旋式葉輪；(b)渦輪式攪拌器1414五、攪拌裝置的選型通常采用攪拌裝置選型方法是根據(jù)實際經(jīng)驗，選擇習慣上應用的槳型，然后再根據(jù)常用范圍選取攪拌器的主要參數(shù)。一種好的選型方法最好滿足兩個條件:一是選擇結果合理；二是選擇方法簡單。1.液體黏度根據(jù)攪拌質(zhì)黏度的大小選型是一種基本方法隨著黏度的變化，各種攪拌器的使用順序為槳式變形、槳式、渦輪式、旋漿式旋漿式又分為小容量液體時用高轉(zhuǎn)速，大容量液體時用低轉(zhuǎn)速2.攪拌器特性旋漿式、槳式、渦輪式適用于大功率場合15渦輪式適合分散操作、固體懸浮、固體溶解、氣體吸收等過程第四節(jié)

攪拌15攪拌器放大將小型攪拌裝置逐步放大到生產(chǎn)規(guī)模，即通過小試和中試階段，最后達到工業(yè)規(guī)模，對此過程稱為單元放大過程。單元放大過程使用的主要依據(jù)是相似性原則，包括:(1)幾何相似—實驗規(guī)模與生產(chǎn)設備的相應幾何尺寸比例相等。(2)運動相似—幾何相似系統(tǒng)中對應位置上流體運動速度之比相等，且有相同的運動方向。(3)動力相似—幾何相似系統(tǒng)中對應位置上各