液體攪拌與氣液混合.ppt

第五章 液體攪拌與氣液混合,本章學(xué)習(xí)目的與要求,通過(guò)學(xué)習(xí)本章內(nèi)容，學(xué)生可以掌握非牛頓流體間和氣液混合體間的各種混合原理，為改善混合均勻度奠定基礎(chǔ)。 要求學(xué)生掌握評(píng)價(jià)物料混合度的各種方法，熟悉影響液體攪拌功率的因素，并且能夠計(jì)算攪拌功率和混合速率等參數(shù)。 掌握乳化操作原理。 了解氣液混合方法。,5-1 液體攪拌混合的基本原理,混合物的混合程度,調(diào)勻度 一種或幾種組分的濃度或其他物理量和溫度等在攪拌體系內(nèi)的均勻性 分隔尺度 混合物各個(gè)局部小區(qū)域體積的平均值 分隔強(qiáng)度 混合物各個(gè)局部小區(qū)域的濃度與整個(gè)混合物的平均濃度的偏差的平均值,總體流動(dòng) 特點(diǎn)：流體以較大的尺度運(yùn)動(dòng)，流動(dòng)具有一定流向，流動(dòng)范圍較大,湍動(dòng) 特點(diǎn)：流體以很小的流體團(tuán)(遠(yuǎn)小于總體流動(dòng))尺度運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)不規(guī)則，運(yùn)動(dòng)距離很短,攪拌釜內(nèi)液體的流動(dòng),攪拌雷諾數(shù)（Rem） 確定攪拌釜內(nèi)液體的流型,混合的原理,對(duì)流混合機(jī)理 互不相溶組分的混合 擴(kuò)散混合機(jī)理 互溶組分的混合 剪力混合機(jī)理 高粘度液體的混合,混合速率,混合過(guò)程中物料實(shí)際狀態(tài)與其中組分達(dá)到完全隨機(jī)分配狀態(tài)之間的差異消失的速率 可用混合質(zhì)量指標(biāo)(如2、S2、等)中的一種對(duì)時(shí)間的變化率來(lái)表示 以d2d t表示混合速率,5-2 攪拌器的性能,攪拌器的分類(lèi),槳葉式,旋槳式,渦輪式,彎曲葉片,開(kāi)式平葉片段,帶葉片圓盤(pán),錨式和框式,螺帶式,攪拌設(shè)備的其他結(jié)構(gòu)問(wèn)題,擋板 阻擋液體因攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)而隨之旋轉(zhuǎn) 夾套和蛇管 夾套可增加傳熱面積，蛇管部分地起到擋板的作用 攪拌器插入方式 常見(jiàn)的是在釜中心軸處垂直插入 攪拌器層數(shù) 對(duì)于高徑比較大的攪拌釜，或是液體粘度比較大的攪拌操作,常用的機(jī)械攪拌裝置,由攪拌器、葉輪和若干輔助部件組成 攪拌系統(tǒng)的主件是葉輪 攪拌裝置的性能和消耗的功率取決于攪拌液體的物性及攪拌槽的形狀、大小、槽壁上有無(wú)擋板等因素,壓頭H通?？梢詫?xiě)成速度頭 的倍數(shù) 葉輪末梢速度utnd，葉輪產(chǎn)生的液體速度頭與n2d2成正比 體積流量與(nd)(d2)nd3成正比 代入上式，得 功率消耗為一定值的條件下，關(guān)系 成立,體積流量、壓頭、功率間的關(guān)系,攪拌器的液體循環(huán)量和壓頭,攪拌器的選型,選型原則 選型時(shí)應(yīng)考慮到過(guò)程對(duì)流動(dòng)條件的要求，按過(guò)程的控制因素選擇 攪拌器的選型 液體的粘度 攪拌器的特性,按粘度選型圖,攪拌器的放大,幾何相似原理 兩個(gè)大小不同的系統(tǒng)，攪拌釜的形狀和攪拌槳的型式是完全相同的，并且相應(yīng)各部分幾何尺寸之比等于常數(shù),攪拌器的放大,按功率數(shù)據(jù)的放大 按工藝過(guò)程結(jié)果的放大,雷諾準(zhǔn)數(shù) 不變，要求 nd2nd2 佛魯?shù)聹?zhǔn)數(shù) 不變，要求 n2dn2d 韋伯準(zhǔn)數(shù) 不變，要求 n 2d3n2d3 葉輪末梢速度nd不變，要求 ndnd 單位體積流體的功率 不變，因 ，要求n3d2n3d2,5-3 攪拌器的功率,影響攪拌功率的因素 幾何因素 葉輪直徑d 葉片數(shù)目、形狀及葉片長(zhǎng)度和寬度 容器直徑D 容器中液體高度H 葉輪距容器底部距離y 擋板數(shù)目及寬度h 物理因素 液體的密度、粘度、葉輪轉(zhuǎn)速n等,功率關(guān)聯(lián)式,實(shí)驗(yàn)時(shí)可借助于因次分析，將功率消耗和其它參數(shù)聯(lián)系起來(lái) 用因次分析法，可得 由,得 或 稱為功率因數(shù),上述主要無(wú)因次數(shù)群的意義 功率準(zhǔn)數(shù)Eu 也稱歐拉準(zhǔn)數(shù)，含有功率N，輸入的功率代表施加于受攪拌液體的力 雷諾堆數(shù)Rem 含有粘度，代表施加力與粘性曳力之比 佛魯?shù)禄磾?shù)Fr 含有重力加速度g，代表施加力與重力之比,功率曲線,攪拌功率準(zhǔn)數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系,曲線形狀與管內(nèi)摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線相似，在低雷諾數(shù)下，所有曲線匯合在一起，為層流區(qū)域。,校正系數(shù) f 計(jì)算 當(dāng) 2.54 0.61.1 1/51/3 槳式 錨式 旋槳式和渦輪式,非牛頓液體的攪拌功率,賓哈姆液體的攪拌功率 指數(shù)律流體的攪拌功率,首先求表現(xiàn)粘度 求C值 最后求功率N,計(jì)算步驟,5-4 乳化,將兩種通常不互溶的液體進(jìn)行密切混合的一種特殊的液體混合操作。 混合 均質(zhì)化,乳化機(jī)理,乳化劑降低界面能，防止油或水回復(fù)原狀 乳化劑分子膜將液滴包住，可防止碰撞的液滴彼此又合并,形成表面雙電層，當(dāng)兩 個(gè)液滴相互接近時(shí)，因 電的相斥作用防止凝聚,親水親油平衡值(HLB) 制取穩(wěn)定的乳液的重要因素 HLB值一般在1-20之間，以10為親水、親油的分界線 HLB10，親水性 HLB10，親油性,乳化機(jī)理,乳化液的穩(wěn)定性及影響其穩(wěn)定性的主要因素,液滴的大小 兩相密度差 粘度 粒子的電荷,乳化劑及其作用,降低兩相的界面張力，使兩相接觸面積可能大幅度增加，促進(jìn)乳化液微?；男в?利用離子性乳化劑在兩相界面上配位，提高分散液滴的電荷，加強(qiáng)其相互排斥力，阻止液滴的并合,在分散相的外圍形成親水性(OW)或親油性 (WO)型的吸附層，防止液滴的并合,乳化液形成的方法,凝聚法 分散法 機(jī)械強(qiáng)制分散法 同時(shí)乳化法 轉(zhuǎn)相法 漿體法 自然乳化法,乳化設(shè)備簡(jiǎn)介,攪拌乳化器 膠體磨 均質(zhì)機(jī) 超聲波乳化器,膠體磨工作流程,立式膠體磨,臥式膠體磨,5-5 氣液混合原理,目的 分離混合氣體以獲得一定的組分 除去有害成分以凈化氣體 制備某種氣體的溶液 向液體通入空氣，保證微生物等生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖所需的溶解氧,氣液混合攪拌器的通氣速度和攪拌器轉(zhuǎn)速,渦輪式攪拌器 最大通氣速度與轉(zhuǎn)速之間等的關(guān)系 攪拌器最低轉(zhuǎn)速n0由下式計(jì)算,自吸式攪拌器 最低攪拌轉(zhuǎn)速n0由下式計(jì)算 表面嚗氣式攪拌器 最低攪拌轉(zhuǎn)速n0由下式計(jì)算,容器通氣攪拌功率的計(jì)算,容器不通氣時(shí)的攪拌功率N0 容器通氣時(shí)的攪拌功率 邁凱爾關(guān)聯(lián)式 福田秀雄關(guān)聯(lián)式,5-6 氣液混合方法和設(shè)備,薄膜式碳酸化器 噴霧式碳酸化器 噴射式碳酸化器,碳酸化方法和設(shè)備,1.支架 2. CO2入口 3.吸收?qǐng)A盤(pán) 4.容器 5.冷水入口 6.壓力表 7.排氣管 8.液位計(jì) 9.碳酸水出口,薄膜式碳酸化器,噴霧式碳酸化器,噴射霧化原理,噴射管,氣液混合攪拌器,通氣式氣液攪拌器 自吸式攪拌器 表面曝氣式的結(jié)構(gòu)型式,通氣式氣液攪拌器,