聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)chapter509

1、1 2 1. Uhl,V.W.and Gray,J.B.:“Mixing Theory and Practice ”,Vol.2,Academic Press,19672. Chemical Engineering,CE Refresher : “Liquid Agitation ”,Vol.83, 1、3、9、11、23、 24、26, (1976)3. Shinji Nagata: “Mixing ,Principles and Applications”, Kodansha Tokyo,197534攪拌聚合釜的基本概念，攪拌釜的結(jié)構(gòu)及攪拌攪拌聚合釜的基本概念，攪拌釜的結(jié)構(gòu)及攪拌器的作用器

2、的作用攪拌器的設(shè)計步驟，方法：攪拌器的設(shè)計步驟，方法： 均相聚合均相聚合“混合和攪動混合和攪動”類型聚合釜攪類型聚合釜攪拌器的設(shè)計拌器的設(shè)計 非均相聚合非均相聚合“分散和懸浮分散和懸浮”類型聚合釜類型聚合釜攪拌器的設(shè)計攪拌器的設(shè)計5 攪拌聚合釜設(shè)計的一般步驟：攪拌聚合釜設(shè)計的一般步驟：分析和理解攪拌器的作用.針對具體聚合過程正確選擇攪拌器的型式.攪拌過程是一個流體動力過程，理論基礎(chǔ)是流體動力學(xué).在討論Navier-Stokes方程的基礎(chǔ)上，論述攪拌器的尺寸、轉(zhuǎn)速和功率的設(shè)計方法.在此基礎(chǔ)上進一步著重討論不同聚合方法對攪拌過程提出的要求，使在設(shè)計攪拌聚合釜時具有一定的理論分析基礎(chǔ).6攪拌的用途：

3、攪拌的用途：(1) (1) 使兩種或多種互溶的液體分散；使兩種或多種互溶的液體分散；(2) (2) 不互溶的液體之間的分散與混合；不互溶的液體之間的分散與混合；(3) (3) 氣體與液體的混合；氣體與液體的混合；(4) (4) 使固體顆粒懸浮于液體之中；使固體顆粒懸浮于液體之中；(5) (5) 加速化學(xué)反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)等過程的進行。加速化學(xué)反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)等過程的進行。攪拌可以同時達到幾個目的，例如用硫酸浸取磷礦漿制取磷酸過程中，攪拌使磷礦顆粒和生成的磷石膏晶體懸浮于液體之中，同時又加速了化學(xué)反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)過程的進行。 攪拌方式：機械攪拌、氣流攪拌、射流攪拌、靜態(tài)混合、管道混合等。MC Se

4、ries7 各種生產(chǎn)過程對攪拌釜的不同要求各種生產(chǎn)過程對攪拌釜的不同要求: :n 混合和攪動作用，混合和攪動作用，n 使固體或液滴在液體中保持懸浮狀態(tài)，使固體或液滴在液體中保持懸浮狀態(tài)， FC Series Stirred Reaction Vessels 因此，要求攪拌器具有一定的技術(shù)特性因此，要求攪拌器具有一定的技術(shù)特性n一定的型式、尺寸、轉(zhuǎn)速和功率等。一定的型式、尺寸、轉(zhuǎn)速和功率等。n還需要從經(jīng)濟的角度，考慮攪拌器及減速還需要從經(jīng)濟的角度，考慮攪拌器及減速裝置的設(shè)備投資費用和日常動力消耗的操裝置的設(shè)備投資費用和日常動力消耗的操作費用。作費用。8 均相體系均相體系: : 使物料攪動以提使物

5、料攪動以提高傳熱和傳質(zhì)速率，并使物高傳熱和傳質(zhì)速率，并使物料混合均勻料混合均勻. . 非均相非均相: : 還要求還要求“分散相分散相”在在“連續(xù)相連續(xù)相”中能保持穩(wěn)定中能保持穩(wěn)定的均勻分布的均勻分布ROTOBERTY Catalytic Reactor9結(jié)構(gòu): 釜體釜體 釜蓋釜蓋 攪拌器攪拌器 減速機減速機 密封裝置密封裝置操作條件: 溫度,0-4000C 之間, 壓力,真空-20大氣壓。106400 lb (3000 kg) capacity PATTERSON Autoclave (Pressurized) Grease Kettle complete with PATTERSON Dou

6、ble Motion Agitator Arrangement ready for shipment and later installed in a Thailand Plant.72 (1.83 m) diameter x 113 (2.87 m) tan to tan PATTERSON Half 1175 lb (34 kg), 115 lb (52 kg) and 190 lb (86 kg) capacity Skid Mounted PATTERSON Autoclave (Pressurized) Type Grease Kettles complete with PATTER

7、SON Double Motion Agitator Arrangements including Thermal Fluid Heating/Cooling Systems and Grease Discharge Pumps.1292 (2.35 m) diameter x 258 (6.55) long Vertical PATTERSON StainlessReaction Vessel with Heating Coil and Hemi-Spherical Heads for Chemical Operations.131415由攪拌槽，攪拌器和若干附件組成。攪拌器是攪拌裝置的核心

8、部件，由它將機械能傳遞給液體。攪拌器作用類似于泵的葉輪，通常攪拌器又稱之為葉輪，由漿葉,軸組成。 16Taken from McCabe & Smith, 6th ed.a. Marine propeller; b.straight blade turbine (paddle type) ; c. disk turbined. Concave blade impeller; e. pitched-blade turbine;High efficiency impeller, HE-3For high viscosity fluid: a. helical ribbon impeller

9、; b. anchor impeller17打漩現(xiàn)象：液體在離心力作用下涌向器壁，中心部分液面下降，形成一個大漩渦。轉(zhuǎn)速越高，形成的漩渦越深。后果：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。解決方法：在槽內(nèi)安裝檔板。過多的檔板將減少總體流動，并把混合局限在局部區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)致不良的混合性能。18產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：流體粘度較低，攪拌器轉(zhuǎn) 速較高，增加攪拌器轉(zhuǎn)速漩渦可以達到葉輪的位置，此時將大量帶入空氣，攪拌器功率消耗將顯著下降，這是漩渦使葉輪局部露出液面的一個現(xiàn)象。圖5-4 漩渦流況漩渦漩渦(Swirl)：離心力作用于旋轉(zhuǎn)的液體所產(chǎn)生。

10、離心力作用于旋轉(zhuǎn)的液體所產(chǎn)生。19 檔板、導(dǎo)流筒檔板、導(dǎo)流筒 (Baffle and draft tube) 導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒(draft tube)：引導(dǎo)液體流入和流出攪拌器的園形導(dǎo)筒?？煽刂埔后w的流向和速度，減少短路機會，提高混合效果。特別是含有固體顆粒的液體可得到均勻的懸浮。解決方法：解決方法：對小容器，攪拌器偏心或偏心傾斜安裝可破壞循環(huán)回路的對稱性。 20 流動狀況:可分為兩個層次，宏觀的狀況和微觀的狀況。n 宏觀流動狀況宏觀流動狀況: : 液體的“流況”。n 微觀流動狀況微觀流動狀況: : 分子尺度或比較接近分子尺度液體微元 的運動狀況。軸向流動：軸向流動：傾斜漿葉和 推進器式攪拌器；徑

11、向流動：徑向流動：平漿葉的攪拌。21 流體的流動型式：流體的流動型式：層流層流 (laminar flow)：流體的速度分布是一個常數(shù)，流型固定。過渡區(qū)過渡區(qū)(transition flow)：流型不穩(wěn)定；湍流湍流(turbulent Flow ):流體的速度分布是一個常數(shù)，流型固定。 Reynolds Number: 10000NRe (The Turbulent and Shearing Flow under Stirred Effect)特點：特點：湍流向所有方向進行質(zhì)量傳遞完成混合過程，是造成混合的一個重要原因。剪切流動剪切流動(Shearing Flow )：具有一定黏度的流體在流動

12、時，只要存在速度梯度，則同時也存在剪切應(yīng)力。22 從聚合體系物料的相態(tài)來分從聚合體系物料的相態(tài)來分 均相:本體聚合和溶液聚合 非均相:懸浮聚合、乳液聚合， 有固體催化劑存在的聚合體系。23 混合：混合：使比重、黏度不同的物料混合均勻。 攪動：攪動：使物料強烈流動，提高傳熱及傳質(zhì)速率。 懸?。簯腋。菏乖瓉盱o止的液體中會沉降的固體顆?；蛞?滴懸浮在液體介質(zhì)中。 分散：分散：使氣體、液體或固體分散在液體介質(zhì)中，增大 不同物相間的接觸面，加快傳熱和傳質(zhì)過程。24特征速度DNDNDNDN2Re (The Relation between NRe and the Behave of Agitation)2

13、5 功率準數(shù)功率準數(shù)-無因次速度無因次速度- u/ND 和流體流速有關(guān)的準數(shù)泵送準數(shù)泵送準數(shù)-無因次混合時間無因次混合時間-pNQNNtb包含攪拌所需功率的一個準數(shù)和攪拌器造成的循環(huán)流量有關(guān)和攪拌達到一定的均勻程度所需的時間有關(guān) (Dimensionless Numbers)26G.G. Stokes Born: 13 Aug 1819 in Skreen, County Sligo, IrelandDied: 1 Feb 1903 in Cambridge, Cambridgeshire, England Claude-Louis NavierBorn: 10 Feb 1785 in Dij

14、on, FranceDied: 21 Aug 1836 in Paris, France27 The Navier-Stokes equations are the foundation of fluid mechanics and, strangely enough, are rarely recorded in their entirety. Furthermore, their presentation is frequently muddled in both texts and in the classroom. Sometimes this confusion is appropr

15、iate (or at least is the product of understandable compromises); examples include the desire to derive these equations and to provide warm fuzzies, e.g., examples, motivations, applications, etc. Less appropriate confusion is due to, . well, dont get me started . 28The main idea of these notes is to

16、 write an easily accessible, i.e., web-based, summary of these equations which are both correct and complete. I will admit that I wont be 100% comprehensive here. Some compromises are needed for the sake of tradition and brevity. However, I will do my best to point out any holes. For example, check

17、out the Whats Missing page to see the main topics which I have had to leave out or just go to my new site which gives a more complete discussion of the Navier-Stokes equations. 29dVgXx作用于微元的重力為軸方向流動設(shè)微元向pdydzp總壓力為作用于微元的壓力為()ppdxx作用于微元底部的壓力為dVxpdxdydzxpdydz)dxxpp(pdydz為作用于微元總壓力凈值 3022(),(),xxydyddy dx

18、dzdyddy dxdzdxdzdydddxdydzdVdydydUd UddVdVdydydy在截面上受到的摩擦力為合力為則dxdzy摩擦力為：截面上受到的在左側(cè) 31UIDtIDUUIDtIDUIDtIDUx2xx2xx2xx22x22x22x2pg,xpgdV,dVdV)Ux/pg,dVUdV)zUyUxU(X一般形式消去作用于微元的合力（軸上的投影量為摩擦力在 32ReferenceA mathematical treatment of the effect of particle size distribution on mass transfer in dispersions Be

19、njamin Gal-Or, H. E. Hoelscher Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland (Dimensional Analysis for Agitation Process)33特征量：特征量：能夠反映過程特殊性的物理量。攪拌過程的特征量：攪拌過程的特征量：攪拌漿葉的直徑D , 轉(zhuǎn)速N 因次分析：因次分析：把決定一個過程的變量歸并為無因次準數(shù)，使變量數(shù)大大減少，簡化實驗和運算。34 無因次長度無因次長度無因次時間無因次時間無因次速度無因次速度無因次壓力無因次壓力XX / D,YY / D,ZZ / D1tt /tNNUU /

20、ND2pPD2N35gG)DNg(U)ND(pIDtIDU222gDNN,NDN2Fr2Re慣性力與重力比慣性力與粘性力之比，:N:NFrRe2IDUNavierstokesgpUIDt 比較:方程:36準數(shù)andtlNNNDtDPr,)1(Pr2PrRe速度分布和濃度分布是 NRe 和 NFr的函數(shù):)(),(),()(),(),(ReReReReNfNNftZYXpNfNNftZYXUFrFr對攪拌體系作能量平衡，可寫出溫度分布數(shù)學(xué)式：對傳質(zhì)過程，可寫出攪拌體系物料各組分的質(zhì)量分布衡算式：2Re1(),AAScAScDCCNSchmidtCDtNN準數(shù);濃度37*2*235*ReFrppD

21、p()/N DNDN Dpf( N,N),wwPP223壓力無因次壓力特征壓力N把上式代入,得2:p DD N wP功率3: pNDwP壓力pReFrRe5Nf ( N,N)f ( N)N DwP3攪拌器功率計算:p5NN DwP3攪拌器功率準數(shù):38將 Np 與 NRe 標繪在雙對數(shù)坐標上，就可得到功率曲線。對一具體幾何構(gòu)型只有一條功率曲線，與攪拌釜大小無關(guān)。39攪拌雷諾數(shù)大，攪拌體系的流型屬于湍流范圍。 慣性力的作用超過黏性力，可以把Navier-Stokes方程中的黏力項及重力項均略去不計，可得到流體運動的表達式：ID UpID t Euler式式:gG)DNg(U)ND(pIDtIDU

22、22240型情況系是符合這種條件的典低粘度高轉(zhuǎn)速的攪拌體常數(shù)，高時，功率準數(shù)是常數(shù)，意味著在固定的無因次壓力分布具有固定的，沿攪拌器漿葉壓力分布和速度分布是種極端情況下，不再是一個參數(shù)，在這由于5353ReReDNPDNPNNpIDtIDU41雷諾數(shù)低，雷諾數(shù)低，攪拌體系的流型屬于層流， Navier-stokes方程中的壓力及重力項均可略去不計，數(shù)關(guān)系，功率準數(shù)和雷諾數(shù)的函輪漿葉將具有特有的各種不同幾何形狀的葉下，無因次壓力應(yīng)為在粘力作用為主的情況3232322DNPDNPN/NDPpUp,NppUp2IDUgpUIDt 4243NQ和NRe 的函數(shù)關(guān)系是計算攪拌器功率的依據(jù)。35355PP

23、1.36510;wgwgCN DnS N DnSC葉輪個數(shù)流體密度常數(shù)4445在計算攪拌器的轉(zhuǎn)速時，實際有用的是流體在攪拌容器中的總體流速或稱平均流速Uav 3QRe32Reavav2avND/QN),N(fNDQNDD/Q)N(fND/UUAQDQAQU其中攪拌容器截面積攪拌器泵送量4647計算依據(jù):對于要求達到混合和攪拌這一對于要求達到混合和攪拌這一類過程效果的攪拌器，轉(zhuǎn)速的類過程效果的攪拌器，轉(zhuǎn)速的計算主要借助于計算主要借助于NQ和和NRe的函的函數(shù)關(guān)系數(shù)關(guān)系(NQ Nre算圖算圖)。48 n 首先確定葉輪的直徑D和釜徑T， 然后假設(shè)攪拌達到湍流狀態(tài)， 則從圖5-12即可讀出相應(yīng)的NQ

24、.n 根據(jù)要求達到的攪拌強烈程度選定泵送量Q，即可從NQ求 出攪拌器的轉(zhuǎn)速N；然后進行第二次試算. n 用算得的值計算雷諾數(shù)NRe ，再讀出NQ并計算N.n 這樣試算下去，直到由NQ算出的N值，由N值算出的NRe值 和讀圖時所用的NRe值一致，N值即告求定. 49攪拌強烈程度的級別攪拌強烈程度的級別 “尺度尺度” ” 和和 “ “難度難度” ” H)T4(2可以用攪拌釜的截面積可以用攪拌釜的截面積和料位高度的乘積來表示。和料位高度的乘積來表示。任務(wù)的任務(wù)的“難度難度” ” ：是指相互混合液體的粘 度差別和密度差別。攪拌任務(wù)的級別是根據(jù)攪拌任務(wù)的級別是根據(jù)任務(wù)的難度來區(qū)別的。任務(wù)的難度來區(qū)別的。

25、尺度尺度則決定攪拌器的尺寸和安裝方式。則決定攪拌器的尺寸和安裝方式。任務(wù)的任務(wù)的“尺度尺度” ” ：對分批操作的攪拌釜來說，是指一批反應(yīng)物料的容積；對連續(xù)操作的攪拌釜來說，是指每一級釜內(nèi)反應(yīng)物的容積。505152根據(jù)設(shè)計任務(wù)的尺度確定釜的有效容積，確定釜的直徑T和液層深度Z,即Z/T；根據(jù)要求的攪拌程度，確定攪拌級別及總體流速；計算攪拌器的泵送量Q；選定漿葉直徑與釜徑的比值D/T，初步求出漿葉直徑D。D/T的值一般在0.2至0.6之間；運用NRe-NQ 函數(shù)關(guān)系，求攪拌器轉(zhuǎn)速N；對攪拌器進行粘度校正（Dc =D/CF），表5-6。利用Dc計算攪拌器所需要的功率。533240,1.05,0.05

26、,0.49/.,.3.5 ,3.65 ,.MN s mmm(p131/p164)例5-2：一個容積為的貯罐 容納幾臺分批反應(yīng)器的產(chǎn)物產(chǎn)物密度為最大波動為黏度為各批產(chǎn)品間黏度無明顯變化 產(chǎn)品在貯槽中至少存放兩天罐徑直邊高罐底為碟形試設(shè)計混合放入貯罐的各批物料所需的攪拌器54:1.,.5 5,1.8 /min,m解攪拌級別確定:各批物料的密度差別小黏度無顯著變化 攪拌強度可選用一級或二級任務(wù)沒有提出特別的均勻程度的要求 存放時間又長因此可選用一級2.總體流速確定:自表查得一級攪拌總體流速為 5532:3.1.8()(3.5)17.26/min44./0.25,0.25 3.50.875sQQuAm

27、D TD TDm解攪拌器泵送量 的確定:比的確定:比選則葉輪直徑56Re3322Re512:/0.250.8717.2629.60.870.8750.87529.6(1.05 16.67)8090.49QQQNND TNQNrpmNDD NN解:5.運用函數(shù)關(guān)系,求攪拌器的轉(zhuǎn)速N，查圖先假設(shè)攪拌在湍流下進行，在時，從而5732Re32Re:5 12,0.71,17.26,36.30.71 0.8750.87536.3 (1.05 16.67)9940.4917.265 12,0.73,35.30.73 0.8750.87535.3 (1.05 16.67)9650.490.73,QQQNNrp

28、mNNNrpmNN解 從圖上讀出重新計算轉(zhuǎn)速(第二輪試算)則從圖上讀出則(第三輪試算)從圖上看出與上317.2635.30.73 0.875QNNrpm一個值接近，攪拌器轉(zhuǎn)速可定為58Re3535550.875569651,0.8751(5-46)1,1.05 35.30.8750.17741.365 101.365 10FcFcgDNCDmCDnnS N DPkW 解:6.對葉輪直徑進行黏度校正:自表查得時，7.利用及公式計算攪拌器所需軸功率，葉輪數(shù)59工業(yè)上處理兩種不相溶的液體有三種方式：工業(yè)上處理兩種不相溶的液體有三種方式：3.“3.“湍流湍流- -穩(wěn)定穩(wěn)定”彌散；彌散；采用保護膠體及機

29、械湍流攪拌，使液滴 的撞合得到顯著防止，攪拌保持一定的，單個粒子就能夠 穩(wěn)定地存在。1.1.穩(wěn)定彌散；穩(wěn)定彌散；通過表面活性物質(zhì)的乳化作用，使不相溶的 液體形成乳液，只要保存得當，可貯放相當長的時間；2.2.不穩(wěn)定彌散；不穩(wěn)定彌散；借助于機械攪拌使一種液體分散在另一種 液體中； 60 在分散體系中，有三種應(yīng)力作用于分散相：在分散體系中，有三種應(yīng)力作用于分散相：剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力 導(dǎo)致液滴的分散表面張力表面張力 液滴分散的阻力黏性應(yīng)力黏性應(yīng)力 液滴分散的阻力 在許多實際情況下，黏性力可忽略不計，剪切力與表面在許多實際情況下，黏性力可忽略不計，剪切力與表面張力應(yīng)力之比達到一定數(shù)值時，分散相的顆粒大小

30、達到平張力應(yīng)力之比達到一定數(shù)值時，分散相的顆粒大小達到平衡狀態(tài)。衡狀態(tài)。dpdpDD61 對于要達到懸浮效果的攪拌器來說，對攪拌器轉(zhuǎn)速的分析，主要是從要求懸浮的顆粒或液滴的沉降速度出發(fā)的。球形顆粒在Stokes定律范圍內(nèi)的極限沉降速度的關(guān)系式為： 212/)(74. 1:18/)(:ttpptptptgdudu限沉降速度關(guān)系式為在牛頓定律范圍內(nèi)的極一般式62圖圖5-135-13 球形球形顆粒在液體中顆粒在液體中自由沉降的極自由沉降的極限沉降速度限沉降速度630.11101001101001000NRe/P0.15圖5-14 液滴在液體中的沉降Cd(NWe)(P0.15)無因次群準數(shù)無因次拉拽系

31、數(shù)),(g/ )g(Pg/duNWeber:N:Cd43i23ccip2tWeWed64顆粒的極限沉降速度反映了通過攪拌使顆粒在液體中保持懸浮狀態(tài)的難度。在實際設(shè)計計算時，可以根據(jù)要求達到的懸浮程度，計算攪拌器所需要的轉(zhuǎn)速。懸浮程度（攪拌的級別）與攪拌器的轉(zhuǎn)速和葉輪直徑的一定方次成正比，與顆粒的沉降速度成反比。 懸浮程度/nmdN Du65 6667n計算顆粒的 “極限沉降速度”ut，計算 “設(shè)計沉降速度”ud, ud= utfw計算聚合釜的直徑T及料層深度Z，選定葉輪直徑與釜徑的比值D/T，計算攪拌器的轉(zhuǎn)速N，計算攪拌器所需要的軸功率3551.365 10gnS N DP 68一套連續(xù)流程的

32、裝置需要一個中間一套連續(xù)流程的裝置需要一個中間貯罐，容積為貯罐，容積為50m3,直徑直徑3m，直邊，直邊高高4.26m。放入的漿料固體含量為。放入的漿料固體含量為30%，密度，密度1.34，顆粒的平均粒度為，顆粒的平均粒度為50目，黏度為目，黏度為0.001(N)(s)/m2。罐中。罐中漿料深度最高為漿料深度最高為4.14m。對攪拌的要。對攪拌的要求是，使在接近罐底切線處的出料口求是，使在接近罐底切線處的出料口能夠均勻地放料。能夠均勻地放料。69解解: 1. 首先計算顆粒的極首先計算顆粒的極 限沉降速度限沉降速度 ut， 固體與液體密度差為固體與液體密度差為 2.6 -1.1=1.5210.0

33、1 /( )()()/150 /()/1.365ppcpgs cms cm70:5 1350/0.304)0.128;0.128 0.3040.039/ (2.35/min)531.30(2.35)(1.30)3.05/mindwdtwum smfuufmtt解:2.計算設(shè)計沉降速度自圖查得顆粒粒度為 目時，(u極限沉降速度為u自表查出，校正因素 為7134.14 ,/1.38/,/0.4,0.4(0.4)(3)1.2mmZ TD TDD TDTm解:3.確定釜徑T及料層深度Z,已知分別為及，從下表查出應(yīng)采用兩層葉輪。4.確定比；求取葉輪數(shù)葉輪數(shù)葉輪間距葉輪間距最大比值最大比值Z/T底底頂頂1

34、2Z/4T/4-2 Z/ 31.21.872 由圖由圖5-15，先確定攪拌級別，葉輪直徑，先確定攪拌級別，葉輪直徑，顆粒沉降速度，然后計算攪拌器轉(zhuǎn)速顆粒沉降速度，然后計算攪拌器轉(zhuǎn)速N。1033.752.81101/3.752.813335515 3/0.4,2.610,9.2810/(2.6)(10)(3.05)61.5(1.2)(9.28)(10)6.11.621.33510dgD TNDuNrpmnS N DPkW解:5.確定轉(zhuǎn)速N:查圖，級攪拌，計算軸功率：731. 某中間貯槽容積為某中間貯槽容積為50m3，分裝幾臺分批反應(yīng)，分裝幾臺分批反應(yīng)器的產(chǎn)物，產(chǎn)物密度為器的產(chǎn)物，產(chǎn)物密度為1.0

35、5kg/m3, 最大波動為最大波動為0.03。黏度為。黏度為0.50 (N)(s)/m2。各批產(chǎn)品間黏度。各批產(chǎn)品間黏度無明顯變化。產(chǎn)品在貯罐中至少存放無明顯變化。產(chǎn)品在貯罐中至少存放2天。罐天。罐徑徑3m，直邊高，直邊高3.5m，罐底為碟形。試計算混，罐底為碟形。試計算混合放入貯罐的各批物料所需的攪拌器的功率。合放入貯罐的各批物料所需的攪拌器的功率。（采用（采用2級攪拌，總體流速為級攪拌，總體流速為3.7m/min，可不，可不進行黏度校正，取進行黏度校正，取CF=1）。）。 74112313322Re122Re:3.7()326.14/ min4/0.25,0.250.2530.75/0.2

36、5,0.87,26.1471.220.870.750.7571.221.0516.671402.420.50,0.750.87,82.62sQQQQQuAmD TDTmD TNQNrpmN DD NNNNNrpmN解當時 查表則查表計算222323550.7582.621.0516.671626.910.50,0.75,82.620.751.0582.620.750.75,1.0311.36510QQQcD NNNNNrpmDm PKW查表與上一個值接近 因此752. 某中間貯槽容積為某中間貯槽容積為 50m3，直徑為，直徑為 3m，放入料，放入料漿后固體含量為漿后固體含量為 30%（質(zhì)量百分

37、數(shù)），平均粒度（質(zhì)量百分數(shù)），平均粒度為為 50目目 (28810-6) ，顆粒密度為，顆粒密度為 2600 kg/m3，液，液體密度為體密度為 1.1,黏度為黏度為 0.001PaS.要求能在接近槽底要求能在接近槽底切線處的出料口均勻地放料，試計算攪拌器的轉(zhuǎn)切線處的出料口均勻地放料，試計算攪拌器的轉(zhuǎn)速并說明理由。（已查得顆粒粒度為速并說明理由。（已查得顆粒粒度為50目時，極目時，極限沉降速度為限沉降速度為 0.039m/s, 校正因素校正因素fw=1.3，可設(shè)計，可設(shè)計兩層攪拌漿葉，采用兩層攪拌漿葉，采用3級攪拌，級攪拌，D/T 取取 0.3）。）。 7622.:2.6 1.11.510.0

38、1 /( )()()/150 /()/1.36553500.039/ (2.35/min)1.30(2.35)(1.30)3.05/minppwdtwcpgs cms cmm smfuufm解自圖查得顆粒粒度為 目時，極限沉降速度為 自已知條件，校正因素 = 771033.752.81101/3.752.813353555,/0.3,0.3(0.3)(3)0.95 15 3/0.3,15 10 ,9.28 10/(15) (10)(3.05)98.20(1.2)(9.28) (10)2 1.34 98.200.911.1.335 101.335 10dgDD TDTmD TNDuNrpmnS

39、N DP2.解：求取查圖， 級攪拌，22kW 由圖由圖5-155-15，先確定攪拌級別，葉輪直徑，先確定攪拌級別，葉輪直徑，顆粒沉降速度，然后計算攪拌器轉(zhuǎn)速顆粒沉降速度，然后計算攪拌器轉(zhuǎn)速N N。78定義：定義：指將不同物料經(jīng)過攪拌后，使整個體系達到一定的均勻程度指將不同物料經(jīng)過攪拌后，使整個體系達到一定的均勻程度 所需要的時間，是判斷攪拌器混合效率的一個指標。所需要的時間，是判斷攪拌器混合效率的一個指標。分析傳質(zhì)方程式分析傳質(zhì)方程式, ,)N,N(f)tZ,Y ,X(CSeRe*A，ReReRe(,),()(/ )()bScbnbtf NNtf Nt D Tf N比較分子擴散作用和對流及湍流

40、作用對于混合的影響，分子擴散作用可以忽略不計， 將含有常量指數(shù)的漿葉直徑和釜徑的比值引入關(guān)系式，2.32()0.5,(577)()0.9,(578)mmNDKTNDKT對于透平式攪拌器： 推進器式攪拌器： 79圖圖5-16 5-16 濃度不均勻程度的衰減過程濃度不均勻程度的衰減過程0振幅A混合時間濃度1.,:K)785( ,9 . 0)TD(KN)775( , 5 . 0)TD(KNm2m3 . 2m表征體系不均勻程度衰減常數(shù)推進器式攪拌器：對于透平式攪拌器：ln(/2)2mK tmAAetK 8013,0.1%,.6 ,6 ,1.2 ,180( 3),1000/,0.001/.TmLmDmN

41、rpmskg mkg m s在一臺聚合釜的水中加入少量聚乙烯醇要使?jié)舛炔痪鶆蚍染嗬碚撈骄鶟舛鹊钠钚∮谇蠡旌蠒r間已知:釜徑水在釜中的深度攪拌器為透平式 攪拌葉輪直徑葉輪轉(zhuǎn)速水的8122Re642.3:/3(1.2) (1000)/0.0014.31 1010 ,577()0.50.1460.0012ln(/2)ln(0.001/2)520.146mmmK tmNNDNDKTKAAeAtsK 解可用式82實驗技術(shù)實驗技術(shù) 追蹤劑追蹤劑達到混合時間的標準達到混合時間的標準 1. 在攪拌體系中加入染料在攪拌體系中加入染料2. 導(dǎo)電法導(dǎo)電法，整個體系構(gòu)成整個體系構(gòu)成 一個電導(dǎo)池一個電導(dǎo)池3. 酸堿中

42、和酸堿中和，攪拌體系中攪拌體系中 加入中和指示劑加入中和指示劑 染料溶液染料溶液濃鹽溶液濃鹽溶液酸酸(或堿或堿) 整個體系顏色均勻整個體系顏色均勻測定電導(dǎo)測定電導(dǎo)，所示濃度所示濃度 x%測定體系達到完全中和的時測定體系達到完全中和的時間間 83聚合反應(yīng)過程對攪拌聚合反應(yīng)過程對攪拌過程的要求過程的要求 掌握必要的物性數(shù)據(jù)掌握必要的物性數(shù)據(jù) 任務(wù)的尺度任務(wù)的尺度（攪拌體系的體積）（攪拌體系的體積）攪拌體系的尺寸攪拌體系的尺寸（釜徑（釜徑T，液位，液位Z）確定攪拌器葉輪的直徑確定攪拌器葉輪的直徑D根據(jù)攪拌任務(wù)的難度計算根據(jù)攪拌任務(wù)的難度計算攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌器的轉(zhuǎn)速N計算攪拌器的軸功率計算攪拌器的軸功

43、率P選定減速裝置及電機的規(guī)格選定減速裝置及電機的規(guī)格無無適適當當系系列列產(chǎn)產(chǎn)品品可可選選 w在滿足工藝過程要求的前提下在滿足工藝過程要求的前提下, ,主要是一個經(jīng)濟問題主要是一個經(jīng)濟問題. .84特點：特點：攪拌過程處于層流狀況，無因次準數(shù)與雷諾數(shù)無關(guān)，等于常數(shù)。在層流區(qū)域無因次混合時間為常數(shù)，即 常數(shù)1bbKNtt212331,(/)3,ccbcctNtNKtKKtK tK物料的循環(huán)時間，則即混合時間大約是循環(huán)時間的三倍85在高黏度流體的混合和攪動中，拌器轉(zhuǎn)速主要取決于混合時間。如圖5-20顯示混合時間與攪拌器轉(zhuǎn)速的關(guān)系。試驗所采用的是螺帶式攪拌器。液體黏度為0.1-0.4(N)(s)/m2

44、。黏度對試驗結(jié)果無明顯影響。 8623, . .:/pbHoogendoorn C JNt PD試驗黏性功率準數(shù)87 1. 在容器中能造成良好的軸流流況，使得上下混合良好；2. 所有層流流線均能通過攪拌平面，因為實際上只有在靠近攪拌器的區(qū)域中才發(fā)生混合作用，在攪拌平面外的閉路層流流線形成滯留區(qū)域；3. 能夠盡可能地擾動容器內(nèi)壁上的物料層。(Hoogendoorn,C.J.)88幾何相似放大：幾何相似放大：按照一定的比值將葉輪直徑、漿葉寬度、釜徑、液位等的尺寸加以放大， R：放大倍數(shù)放大倍數(shù)RZZTTbbDD1212121289幾何相似：全部相應(yīng)的尺寸有相同比例幾何相似：全部相應(yīng)的尺寸有相同比例

45、 (幾何構(gòu)形相同幾何構(gòu)形相同)；運動相似：對應(yīng)點有相同速度比，且有相同的運動方向；運動相似：對應(yīng)點有相同速度比，且有相同的運動方向；動力相似：對應(yīng)點上各種力動力相似：對應(yīng)點上各種力(慣性力、流體黏滯力、表面張慣性力、流體黏滯力、表面張力和重力力和重力)的比例相等的比例相等(Re、Fr、We相同相同)。雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re：慣性力與黏滯力之比；：慣性力與黏滯力之比；弗魯?shù)聹蕯?shù)弗魯?shù)聹蕯?shù) Fr：慣性力與重力之比；：慣性力與重力之比；韋柏準數(shù)韋柏準數(shù) We = n3d2 / ：慣性力與界面張力之比。：慣性力與界面張力之比。90問題：如何保持幾何相似的大小兩攪拌槽中流體動力學(xué)狀態(tài)相似(Re、Fr、We為

46、常數(shù)) ？以上關(guān)系相互矛盾，即在以上關(guān)系相互矛盾，即在幾何相似條件下，不可能滿足動力幾何相似條件下，不可能滿足動力相似相似。實踐中應(yīng)根據(jù)過程特性，設(shè)計好模型，在幾何相似的。實踐中應(yīng)根據(jù)過程特性，設(shè)計好模型，在幾何相似的前提下，分別以某一準數(shù)作為放大準則來確定裝置尺寸、轉(zhuǎn)前提下，分別以某一準數(shù)作為放大準則來確定裝置尺寸、轉(zhuǎn)速和功率，再對過程效果及經(jīng)濟性進行綜合評價、修正某些速和功率，再對過程效果及經(jīng)濟性進行綜合評價、修正某些幾何條件。幾何條件。 222211dndn222121dndn32223121dndnRe相等：Fr相等：We相等：91放大的要求：放大的要求：在小裝置中的攪拌效果能夠在大裝置中得到重現(xiàn)量值相等原理：量值相等原理：在放大時保持某些設(shè)計變量為常數(shù)； 對于一般的