第九章-結晶器混合

1、結晶器的混合結晶器的混合 在結晶器內的混合狀態(tài)為晶體的成核，成長提供了一個在結晶器內的混合狀態(tài)為晶體的成核，成長提供了一個外界環(huán)境，外界環(huán)境，了解在結晶器內的混合過程和狀態(tài)是非常重要了解在結晶器內的混合過程和狀態(tài)是非常重要的。的。 考慮晶體的成核、成長過程，晶體所處的考慮晶體的成核、成長過程，晶體所處的微觀環(huán)境微觀環(huán)境: 晶體的成長、成核只與局部的過飽和度有關，晶體的成長、成核只與局部的過飽和度有關， 盡管是二次成核，也只與局部晶體的特征和其碰撞能量相關，盡管是二次成核，也只與局部晶體的特征和其碰撞能量相關， 就單個晶體考慮，晶體的成長過程中，溶液中的溶質要轉就單個晶體考慮，晶體的成長過程中，

2、溶液中的溶質要轉移到晶體表面，進而成長，也就是說，在晶體表面的溶液移到晶體表面，進而成長，也就是說，在晶體表面的溶液濃度與溶液中的主體濃度存在一定的差別，這種微觀環(huán)境濃度與溶液中的主體濃度存在一定的差別，這種微觀環(huán)境的條件才是晶體成長的具體環(huán)境。的條件才是晶體成長的具體環(huán)境。 混合過程是把結晶器內的這種混合過程是把結晶器內的這種微觀環(huán)境微觀環(huán)境與流體在與流體在結晶器內的流動狀態(tài)的結晶器內的流動狀態(tài)的宏觀環(huán)境宏觀環(huán)境結合起來的過程。結合起來的過程。 在大的范圍講，混合過程提供了一個具體的晶體在大的范圍講，混合過程提供了一個具體的晶體的懸浮狀態(tài)晶體隨時間和位置變化的一種宏觀環(huán)的懸浮狀態(tài)晶體隨時間和

3、位置變化的一種宏觀環(huán)境。從而決定晶體在結晶器內的均勻度，以及溶境。從而決定晶體在結晶器內的均勻度，以及溶液中溶質的均勻度。液中溶質的均勻度。 在宏觀環(huán)境中的這種不均勻度為晶體從一個區(qū)域在宏觀環(huán)境中的這種不均勻度為晶體從一個區(qū)域運動到另一個區(qū)域中時，提供了不同的微觀環(huán)境，運動到另一個區(qū)域中時，提供了不同的微觀環(huán)境，而使晶體的成長呈不同的規(guī)律，這一點對分析結而使晶體的成長呈不同的規(guī)律，這一點對分析結晶過程非常重要。晶過程非常重要。 往往局部參數(shù)值的變化比結晶器內平均值的信息往往局部參數(shù)值的變化比結晶器內平均值的信息對過程分析更重要。例如，反應結晶的喂料位置，對過程分析更重要。例如，反應結晶的喂料位

4、置，連續(xù)結晶過程的排料位置等等。連續(xù)結晶過程的排料位置等等。 本章所討論的內容：本章所討論的內容： 在典型工業(yè)結晶中遇到的混合及其相關的現(xiàn)象在典型工業(yè)結晶中遇到的混合及其相關的現(xiàn)象 混合對晶體特征的影響混合對晶體特征的影響 懸浮結晶器的流動的基礎懸浮結晶器的流動的基礎 了解由于混合而造成結晶過程問題的解決方法了解由于混合而造成結晶過程問題的解決方法 攪拌器的基本設計（從提供所需的混合角度不攪拌器的基本設計（從提供所需的混合角度不涉及機械設計）涉及機械設計） 討論有關模擬方法的問題討論有關模擬方法的問題 研究方法研究方法結晶器內的流體流動結晶器內的流體流動 結晶器內一般是帶有攪拌的罐體，在很多結

5、晶器內一般是帶有攪拌的罐體，在很多方面和用于化學反應和混合的攪拌器類同。方面和用于化學反應和混合的攪拌器類同。 在這些攪拌器內，使用機械能提供各種物在這些攪拌器內，使用機械能提供各種物質的混合，喂料通過各流體的湍流運動與質的混合，喂料通過各流體的湍流運動與主體物流混合在一起，通過攪拌槳的運動主體物流混合在一起，通過攪拌槳的運動使流體從上到下，從中心到邊緣的循環(huán)運使流體從上到下，從中心到邊緣的循環(huán)運動。動。 在工業(yè)結晶器內的最大特點是有晶體存在，在工業(yè)結晶器內的最大特點是有晶體存在，要把晶體懸浮在溶液中要把晶體懸浮在溶液中, 使晶體成長。使晶體成長。 因此，在結晶器內是一種固體懸浮，也就是說是因

6、此，在結晶器內是一種固體懸浮，也就是說是一個一個多相流多相流，而不是單相的流體流動。，而不是單相的流體流動。 在有固體的存在下，懸浮液的在有固體的存在下，懸浮液的有效粘度有效粘度要比溶液要比溶液的粘度高。的粘度高。 在結晶器內的流體流速必須使晶體成在結晶器內的流體流速必須使晶體成懸浮狀態(tài)懸浮狀態(tài)，而不能沉積于結晶器的底部，而晶體的存在而不能沉積于結晶器的底部，而晶體的存在, 必必影響到流體的湍流特征。影響到流體的湍流特征。 一般的情況下，晶體在結晶器內不會是均勻分布一般的情況下，晶體在結晶器內不會是均勻分布的，在結晶器內的的，在結晶器內的不同位置不同位置，其晶體的，其晶體的尺寸分布尺寸分布也有

7、不同也有不同，這些特征最終都會影響到各種參數(shù)在，這些特征最終都會影響到各種參數(shù)在結晶器內的分布狀態(tài)，而影響晶體產品的質量。結晶器內的分布狀態(tài)，而影響晶體產品的質量。 在結晶器內流體的流動，絕大部分條件下，是處在結晶器內流體的流動，絕大部分條件下，是處于于湍流運動湍流運動。 因此，在分析結晶器內的運動狀態(tài)時，要把因此，在分析結晶器內的運動狀態(tài)時，要把流體流體的時間平均值與瞬時值的時間平均值與瞬時值加以區(qū)別。這里就不多討加以區(qū)別。這里就不多討論湍流運動的具體特征，但要具有瞬時值的概念。論湍流運動的具體特征，但要具有瞬時值的概念。 如圖如圖8.1是一個在結晶器內流體運動的軌跡，它只是一個在結晶器內流

8、體運動的軌跡，它只表示一種時間平均值的概念，即主體上流體在結表示一種時間平均值的概念，即主體上流體在結晶器內的運動軌跡如圖所示，但實際上，在流體晶器內的運動軌跡如圖所示，但實際上，在流體運動中流體會形成不同大小的旋渦其瞬時流體微運動中流體會形成不同大小的旋渦其瞬時流體微團的運動要比這一復雜的多，這些湍流特征對結團的運動要比這一復雜的多，這些湍流特征對結晶過程必有很大的影響晶過程必有很大的影響在結晶器內關鍵變量的分布在結晶器內關鍵變量的分布 在研究混合過程，哪個變量的分布的影響在研究混合過程，哪個變量的分布的影響是過程中的關鍵變量，取決于結晶過程的是過程中的關鍵變量，取決于結晶過程的過飽和度的產

9、生方法，過飽和度的產生方法， 比如反應結晶過程中，兩個比如反應結晶過程中，兩個反應物反應物的混合狀態(tài)的混合狀態(tài)決定著過飽和度的分布，因此反應物的混合過決定著過飽和度的分布，因此反應物的混合過程及其濃度分布就變的相對重要，程及其濃度分布就變的相對重要， 對冷卻結晶過程，也許對冷卻結晶過程，也許熱物料與主體冷料熱物料與主體冷料的混的混合，或者從傳熱面的傳熱邊界層與主體物料的合，或者從傳熱面的傳熱邊界層與主體物料的混合混合,對過飽和度的分布更重要的，對蒸發(fā)結晶對過飽和度的分布更重要的，對蒸發(fā)結晶過程蒸發(fā)表面與主體物流的混合等等。過程蒸發(fā)表面與主體物流的混合等等。 另一方面，結晶器內的混合決定著另一方

10、面，結晶器內的混合決定著 溶液濃度溶液濃度在設備內的分布，在設備內的分布， 同時也決定著同時也決定著固體晶體固體晶體在結晶器內的分布，在結晶器內的分布， 同時也影響著同時也影響著溶液溫度溶液溫度的分布，的分布， 這三個量的分布狀態(tài)相互影響從而決定結晶器內這三個量的分布狀態(tài)相互影響從而決定結晶器內過飽和度的分布。最高過飽和度在結晶器內的位過飽和度的分布。最高過飽和度在結晶器內的位置是置是 溶液的濃度最高，溶液的濃度最高， 含固體量最低，含固體量最低， 溫度最低的區(qū)域。溫度最低的區(qū)域。 這是因為固體的含量低其可用于晶體成長的表面這是因為固體的含量低其可用于晶體成長的表面較低，低的溫度表示其飽和濃度

11、低，因此會產生較低，低的溫度表示其飽和濃度低，因此會產生較高的過飽和度。較高的過飽和度。影響結晶過程中關鍵變量分布的主影響結晶過程中關鍵變量分布的主要因素要因素 在設備內的流場，在設備內的流場，V(r) 湍流動力學能量及其消耗速率，湍流動力學能量及其消耗速率，K, 喂料點喂料點 產品排出點產品排出點進一步分析，流場和能量消耗速率取決于進一步分析，流場和能量消耗速率取決于 攪拌槳和它的位置攪拌槳和它的位置 攪拌速率攪拌速率 擋板的尺寸和位置擋板的尺寸和位置 導流筒的尺寸和位置導流筒的尺寸和位置 結晶器的外形尺寸等結晶器的外形尺寸等 由上述，我們可以得出，在結晶器內，結晶過程由上述，我們可以得出，

12、在結晶器內，結晶過程的關鍵變量都不是均勻分布的。的關鍵變量都不是均勻分布的。 一般來說，在小型（實驗室）的結晶器內，均勻一般來說，在小型（實驗室）的結晶器內，均勻分布是有可能的，分布是有可能的， 但在大型（工業(yè)）結晶器內，可以肯定的說，結但在大型（工業(yè)）結晶器內，可以肯定的說，結晶器變量的分布決不會是均勻混合的。晶器變量的分布決不會是均勻混合的。 這種不均勻度也是這種不均勻度也是很難估計和預測很難估計和預測的，但我們可的，但我們可以分析一下不均勻的過飽和度分布對結晶過程的以分析一下不均勻的過飽和度分布對結晶過程的影響。影響。 成核速率：過飽和度的大小對成核速率影響很大，一般的成核速率：過飽和度

13、的大小對成核速率影響很大，一般的成核速率模型，有成核速率模型，有 為無因次過飽和度，為無因次過飽和度， n為成核過程依賴于過飽和度的指數(shù)為成核過程依賴于過飽和度的指數(shù) 對二次成核過程對二次成核過程 對初級成核對初級成核 由于過飽和度對成核的影響很大，如果某些區(qū)域（如進由于過飽和度對成核的影響很大，如果某些區(qū)域（如進料口，蒸發(fā)區(qū)域）的混合狀態(tài)不好，就會造成局部過飽和料口，蒸發(fā)區(qū)域）的混合狀態(tài)不好，就會造成局部過飽和度度 過高，進而造成大量的成核。因此整個過程的成核會過高，進而造成大量的成核。因此整個過程的成核會主要決定于這樣的區(qū)域，而不是平均過飽和度。主要決定于這樣的區(qū)域，而不是平均過飽和度。n

14、B*ccc13n2n 晶體的成長速率，也是過飽和度的指數(shù)函數(shù)晶體的成長速率，也是過飽和度的指數(shù)函數(shù) G為晶體成長速率為晶體成長速率 這樣也會造成晶體在不同的區(qū)域內會有不同的成這樣也會造成晶體在不同的區(qū)域內會有不同的成長速率，從而也可能造成晶體形狀的不同和晶體長速率，從而也可能造成晶體形狀的不同和晶體質量問題。質量問題。 因此，控制局部高過飽和度也許對控制產品中因此，控制局部高過飽和度也許對控制產品中細細晶的量晶的量有著明顯的效果，盡管在整個結晶器內的有著明顯的效果，盡管在整個結晶器內的平均過飽和度比較低，但如果有些局部的過飽和平均過飽和度比較低，但如果有些局部的過飽和度過高，也會產生大量的細晶

15、。度過高，也會產生大量的細晶。 mG1mn 過飽和度的不均勻對結晶器的過飽和度的不均勻對結晶器的結垢結垢具有相具有相似的影響，在小的區(qū)域內形成高的過飽和似的影響，在小的區(qū)域內形成高的過飽和度會產生局部結垢，進而擴散而形成垢層。度會產生局部結垢，進而擴散而形成垢層。 在某些情況下，固體的均勻混合不一定對在某些情況下，固體的均勻混合不一定對結晶過程有好處，在某些情況下，不均勻結晶過程有好處，在某些情況下，不均勻的固體懸浮也許對結晶過程的控制有益，的固體懸浮也許對結晶過程的控制有益，比例把成核和成長控制在不同的區(qū)域的過比例把成核和成長控制在不同的區(qū)域的過程。程。 碰撞成核的速率與晶體的碰撞頻率密切相

16、關，碰撞成核的速率與晶體的碰撞頻率密切相關， 晶體的碰撞速率與晶體在溶液中的濃度（懸浮密度）晶體的碰撞速率與晶體在溶液中的濃度（懸浮密度）成二次方的關系，因此局部高的晶體含量導致大量的成二次方的關系，因此局部高的晶體含量導致大量的二次成核。二次成核。 如果晶體的懸浮狀態(tài)不好，而造成局部晶體含量高，如果晶體的懸浮狀態(tài)不好，而造成局部晶體含量高，相對高的二次成核就會在局部發(fā)生。相對高的二次成核就會在局部發(fā)生。 因此，為了減小二次成核，盡量使晶體在結晶器因此，為了減小二次成核，盡量使晶體在結晶器內均勻分布是一個較好的方法，而不是減小平均內均勻分布是一個較好的方法，而不是減小平均固體含量，固體含量，

17、在決定固體的懸浮條件時，盡量使晶體懸浮，而在決定固體的懸浮條件時，盡量使晶體懸浮，而不是不是“恰好恰好”懸浮條件。懸浮條件。 固體懸浮密度的分布取決于結晶器內的流固體懸浮密度的分布取決于結晶器內的流場分布，同時固體的存在又影響流場的分場分布，同時固體的存在又影響流場的分布和改變流場及其湍流狀態(tài)。布和改變流場及其湍流狀態(tài)。 固體在攪拌器內的分布可能是非常讓人難固體在攪拌器內的分布可能是非常讓人難以估計。如圖所示，在帶有擋板、軸向推以估計。如圖所示，在帶有擋板、軸向推動攪拌槳的攪拌器內的固體隨攪拌器高度動攪拌槳的攪拌器內的固體隨攪拌器高度分布數(shù)據(jù)，其有以下特點：分布數(shù)據(jù)，其有以下特點： 1.在罐體

18、底部，固體的濃度較高；在罐體底部，固體的濃度較高； 2.在攪拌器上部，固體的濃度較高在攪拌器上部，固體的濃度較高 3.分布狀態(tài)與攪拌槳的轉速有很大關系分布狀態(tài)與攪拌槳的轉速有很大關系 連續(xù)的結晶器一般使用導流筒裝置以使溶液和固連續(xù)的結晶器一般使用導流筒裝置以使溶液和固體循環(huán)。下圖是這樣結晶器內的固體分布情況。體循環(huán)。下圖是這樣結晶器內的固體分布情況。注意：固體含量在不同高度有不同的值，同時，注意：固體含量在不同高度有不同的值，同時，導流筒內外的固體含量也不同。導流筒內外的固體含量也不同。 溫度在結晶器內也會有分布溫度在結晶器內也會有分布 1.冷卻表面冷卻表面 2.喂料口喂料口 3.蒸發(fā)結晶蒸發(fā)

19、結晶 4.放熱反應的反應區(qū)域放熱反應的反應區(qū)域 總之，在結晶器內變量的分布：溫度、濃度、固總之，在結晶器內變量的分布：溫度、濃度、固體含量都會對過飽和度分布產生很大的影響，因體含量都會對過飽和度分布產生很大的影響，因而可能是達到一定的要求產品的關鍵因素。找到而可能是達到一定的要求產品的關鍵因素。找到適宜的混合條件是現(xiàn)代結晶過程的一個重要的研適宜的混合條件是現(xiàn)代結晶過程的一個重要的研究課題。究課題。 以下將從液體混合以及固體懸浮的角度討論結晶以下將從液體混合以及固體懸浮的角度討論結晶器的設計。以攪拌型結晶器為例。攪拌器，作為器的設計。以攪拌型結晶器為例。攪拌器，作為結晶過程的設備其要達到的目標為

20、：結晶過程的設備其要達到的目標為： 盡可能使固體達到均勻的懸浮狀態(tài)盡可能使固體達到均勻的懸浮狀態(tài) 進料口要盡快的與主體懸浮液混合進料口要盡快的與主體懸浮液混合 加熱（冷卻）面的溶液，或高濃區(qū)的溶液盡快與主體加熱（冷卻）面的溶液，或高濃區(qū)的溶液盡快與主體溶液混合溶液混合 充足的傳熱面，或者流體流動的狀態(tài)要提供較高的傳充足的傳熱面，或者流體流動的狀態(tài)要提供較高的傳熱速率熱速率 在滿足上面的要求的基礎上，攪拌所提供的剪切力不在滿足上面的要求的基礎上，攪拌所提供的剪切力不能對成長的晶體形成嚴重的破壞，從而引起大量的成能對成長的晶體形成嚴重的破壞，從而引起大量的成核。核。結晶器及其設計結晶器及其設計 首

21、先考慮一下在結晶器的結構上首先考慮一下在結晶器的結構上 適合于間適合于間歇操作的結晶器。歇操作的結晶器。 在間歇操作的結晶器中，一般不使用導流筒，在間歇操作的結晶器中，一般不使用導流筒，這就要求對其結構做一些特殊考慮，以便使固這就要求對其結構做一些特殊考慮，以便使固體懸浮能力到達整個結晶器的水平。體懸浮能力到達整個結晶器的水平。 較小的結晶器高度與直徑的比例可用于單攪拌較小的結晶器高度與直徑的比例可用于單攪拌漿的結晶器設計。漿的結晶器設計。 使用多個攪拌漿是另外的一種設計模式使用多個攪拌漿是另外的一種設計模式: 兩個攪拌漿兩個攪拌漿 兩個軸向的攪拌漿兩個軸向的攪拌漿 如圖如圖 在底部安裝一個徑

22、向攪拌漿，在上部使用軸向攪拌漿，在底部安裝一個徑向攪拌漿，在上部使用軸向攪拌漿，這樣底部徑向攪拌漿能保持固體在結晶器底部處于運這樣底部徑向攪拌漿能保持固體在結晶器底部處于運動狀態(tài)，如果進料口設在底部的話，徑向攪拌漿也能動狀態(tài)，如果進料口設在底部的話，徑向攪拌漿也能提供較強的剪切區(qū)域，而使混合的速度加快。提供較強的剪切區(qū)域，而使混合的速度加快。 理想的狀態(tài)是把每個區(qū)域形成理想的結合，也就理想的狀態(tài)是把每個區(qū)域形成理想的結合，也就是說在不同的環(huán)境區(qū)域中形成較好的配合而不能是說在不同的環(huán)境區(qū)域中形成較好的配合而不能相互干擾，因此兩個攪拌漿之間的距離是至關重相互干擾，因此兩個攪拌漿之間的距離是至關重要

23、的參數(shù)，距離太大每個之間形成獨立的區(qū)域而要的參數(shù)，距離太大每個之間形成獨立的區(qū)域而使兩區(qū)域不能達到較好的混合。使兩區(qū)域不能達到較好的混合。 圖為兩個特殊的例子圖為兩個特殊的例子 使用使用擋板擋板提供充足的混合與固體懸浮是完全必要提供充足的混合與固體懸浮是完全必要的。的。 攪拌漿提供的流體流動具有軸向、徑向與切向的攪拌漿提供的流體流動具有軸向、徑向與切向的流動，擋板能夠把切向流轉換為軸向流，因為軸流動，擋板能夠把切向流轉換為軸向流，因為軸向流動對固體懸浮以及軸向的溶液混合是非常重向流動對固體懸浮以及軸向的溶液混合是非常重要的，因此要想達到對設備內較好的固體懸浮和要的，因此要想達到對設備內較好的固

24、體懸浮和溶液混合，需要安裝擋板。溶液混合，需要安裝擋板。 導流筒導流筒 在結晶器內經常設置一個導流筒，它能提供有效在結晶器內經常設置一個導流筒，它能提供有效的軸向混合。一般用于連續(xù)的結晶過程中的結晶的軸向混合。一般用于連續(xù)的結晶過程中的結晶器。但是在導流筒上端，其固體懸浮的狀態(tài)不很器。但是在導流筒上端，其固體懸浮的狀態(tài)不很理想，為此在設計時要特別加以注意理想，為此在設計時要特別加以注意 在攪拌罐內，導流筒能得到象使用多個軸向流攪在攪拌罐內，導流筒能得到象使用多個軸向流攪拌漿的作用，導流筒使流體只能在導流筒內向上拌漿的作用，導流筒使流體只能在導流筒內向上或向下流動，而使得軸向流動加強，因為，設有

25、或向下流動，而使得軸向流動加強，因為，設有多個攪拌漿，晶體的破碎量減少，同時能使固體多個攪拌漿，晶體的破碎量減少，同時能使固體的懸浮達到一定的程度，導流桶一般用于連續(xù)結的懸浮達到一定的程度，導流桶一般用于連續(xù)結晶器。晶器。 間接結晶器會采用這種結構，在導流筒上開一些間接結晶器會采用這種結構，在導流筒上開一些口，使循環(huán)形成短路，對這種作法有時會在間歇口，使循環(huán)形成短路，對這種作法有時會在間歇操作中使用。操作中使用。 在某些情況下，導流筒的使用能使懸浮達到一定在某些情況下，導流筒的使用能使懸浮達到一定的程度，其原因如下：的程度，其原因如下： 如果結晶期內的如果結晶期內的液面較低液面較低，在導流筒的

26、上部不能形成，在導流筒的上部不能形成循環(huán)流動，這時向上流的部分的液位較高，其高度差循環(huán)流動，這時向上流的部分的液位較高，其高度差為攪拌漿的物料而定，即使其物料能高于導流筒的限為攪拌漿的物料而定，即使其物料能高于導流筒的限制高度，形成溢流也會造成晶體的分級，從而形成不制高度，形成溢流也會造成晶體的分級，從而形成不好的混合狀態(tài)，所以在設計中要盡量避免這種情況。好的混合狀態(tài)，所以在設計中要盡量避免這種情況。 導流筒直徑的設計，可以從兩方面考慮：導流筒直徑的設計，可以從兩方面考慮： 達到固體懸浮的要求主要是在達到固體懸浮的要求主要是在向上流的部分的流體速向上流的部分的流體速度，大于晶體的沉降速度度，大

27、于晶體的沉降速度，因此，向上流的流動面積，因此，向上流的流動面積可以小于向下流的面積，以節(jié)省能量和減少晶體破碎?？梢孕∮谙蛳铝鞯拿娣e，以節(jié)省能量和減少晶體破碎。 考慮到干擾沉降和由于固體含量多，形成流體黏度的考慮到干擾沉降和由于固體含量多，形成流體黏度的變化，考慮流動區(qū)域相等是一種設計方法。變化，考慮流動區(qū)域相等是一種設計方法。 注意：導流筒直徑的選擇主要影響導流筒內外的注意：導流筒直徑的選擇主要影響導流筒內外的流動及速度分布，這樣在考慮其它現(xiàn)象時，如成流動及速度分布，這樣在考慮其它現(xiàn)象時，如成核、成長就要分別考慮，僅僅以平均速率考慮就核、成長就要分別考慮，僅僅以平均速率考慮就會產生很大的誤差

28、。會產生很大的誤差。 較常用的結晶器結構為較常用的結晶器結構為“導流筒擋板導流筒擋板”DTB形形成結晶器，能設計為內成結晶器，能設計為內導流筒的直徑為導流筒的直徑為0.5結晶器結晶器直徑直徑，而流體在導流筒內為向上流，同時有一個，而流體在導流筒內為向上流，同時有一個中間流筒區(qū)，外部為細晶分離區(qū)。中間流筒區(qū)，外部為細晶分離區(qū)。DTB結晶器 可用于細晶排除操作可用于細晶排除操作 但最大的晶體容易存但最大的晶體容易存留于罐體底部形成積留于罐體底部形成積累，因此底部的形狀累，因此底部的形狀必須認真考慮必須認真考慮 另外的一種設計是在導流筒另外的一種設計是在導流筒內裝兩個攪拌內裝兩個攪拌漿漿，可用兩個軸

29、向流攪拌漿，也可以用底，可用兩個軸向流攪拌漿，也可以用底部徑向流，而上部用軸向流，這樣的設計部徑向流，而上部用軸向流，這樣的設計使用大葉片，而轉速低的攪拌，從而節(jié)省使用大葉片，而轉速低的攪拌，從而節(jié)省能量，另外的結晶器的攪拌是由外部循環(huán)能量，另外的結晶器的攪拌是由外部循環(huán)泵而提供，例如，強制循環(huán)結晶器。泵而提供，例如，強制循環(huán)結晶器。 流體在器內流動的能量也可用熱空氣，或流體在器內流動的能量也可用熱空氣，或自然循環(huán)蒸發(fā)結晶器來實現(xiàn)自然循環(huán)蒸發(fā)結晶器來實現(xiàn) 使用什么類型的攪拌漿更適合于結晶過程使用什么類型的攪拌漿更適合于結晶過程歷來是一個研究和討論的課題，首先要弄歷來是一個研究和討論的課題，首先

30、要弄清楚各類型攪拌漿的功能，才能選擇適宜清楚各類型攪拌漿的功能，才能選擇適宜的攪拌漿類型。的攪拌漿類型。 徑向流動徑向流動的攪拌漿提供較高的剪切或高的的攪拌漿提供較高的剪切或高的湍流區(qū)域，在攪拌漿附近能提供較好的混湍流區(qū)域，在攪拌漿附近能提供較好的混合效果合效果攪拌漿的設計攪拌漿的設計 這樣的攪拌漿一般放在離罐體底部，這樣在產生這樣的攪拌漿一般放在離罐體底部，這樣在產生較強的軸向流的同時較強的軸向流的同時 ，也不能影響軸向的流動和，也不能影響軸向的流動和固體懸浮，但不如軸向流型攪拌漿提供的較強的固體懸浮，但不如軸向流型攪拌漿提供的較強的軸向流動，而有較好的軸向混合。軸向流動，而有較好的軸向混合

31、。 這種槳葉提供的流動具有這種槳葉提供的流動具有上下兩區(qū)上下兩區(qū)，例如，直板，例如，直板型，它把缸體的溶液分為兩個循環(huán)區(qū)域，型，它把缸體的溶液分為兩個循環(huán)區(qū)域， 一般情況下，上下兩區(qū)的混合效果不好，但這種一般情況下，上下兩區(qū)的混合效果不好，但這種攪拌漿在某些情況下也許能收到較好的效果，例攪拌漿在某些情況下也許能收到較好的效果，例如在反應結經過程中，如在反應結經過程中，反應物兩分別進入兩個區(qū)反應物兩分別進入兩個區(qū)域內域內，這樣減小的兩個高濃度反應物的混合速度，這樣減小的兩個高濃度反應物的混合速度，從而有效的控制反應速率。從而有效的控制反應速率。 軸向流動軸向流動的攪拌漿產生較少的的攪拌漿產生較少

32、的徑向流動徑向流動，在相同的能量輸入的情況下，能提供較強在相同的能量輸入的情況下，能提供較強的軸向速度，從而軸向混合的效果較好，的軸向速度，從而軸向混合的效果較好，同時使罐體內各區(qū)域間的混合較好。同時使罐體內各區(qū)域間的混合較好。 使用兩種攪拌漿也許能充分利用各自的特使用兩種攪拌漿也許能充分利用各自的特點而使過程進行的更符合要求，點而使過程進行的更符合要求， 必須要強調一下，在攪拌設備內，所有由必須要強調一下，在攪拌設備內，所有由攪拌漿提供的能量全部由流體的流動消耗，攪拌漿提供的能量全部由流體的流動消耗，只是其能量消耗在于不同的區(qū)域，這一點，只是其能量消耗在于不同的區(qū)域，這一點，對結晶過程的分析

33、，也許是非常重要的。對結晶過程的分析，也許是非常重要的。 放大放大 工業(yè)結晶過程的放大被認為是一個非常困難的課工業(yè)結晶過程的放大被認為是一個非常困難的課題題 單個晶體成長或成核主要決定于其存在的微觀環(huán)單個晶體成長或成核主要決定于其存在的微觀環(huán)境境 混合過程決定整個罐體內的微觀環(huán)境和宏觀環(huán)境混合過程決定整個罐體內的微觀環(huán)境和宏觀環(huán)境的狀態(tài)，以及其相互的特征，因此也決定著空間的狀態(tài)，以及其相互的特征，因此也決定著空間和時間上的混合均勻度。和時間上的混合均勻度。 混合過程的放大將決定著結晶過程的放大?；旌线^程的放大將決定著結晶過程的放大。 而混合過程的放大，特別是固體懸浮的放大是非而混合過程的放大，

34、特別是固體懸浮的放大是非常不清楚的。常不清楚的。過程放大的特點過程放大的特點 一般的放大研究都是在結構類似的情況下來研究，一般的放大研究都是在結構類似的情況下來研究，其放大規(guī)律也是結構類似下才有效的，但就流體其放大規(guī)律也是結構類似下才有效的，但就流體力學狀態(tài)而言，就是在結構類似下，也達不到完力學狀態(tài)而言，就是在結構類似下，也達不到完全相同的放大。全相同的放大。 就結晶過程而言，在研究放大過程中，我們不能就結晶過程而言，在研究放大過程中，我們不能改變結晶系統(tǒng)，改變結晶系統(tǒng)， 也就是說結晶過程必須使用同一體系而使用不同的設也就是說結晶過程必須使用同一體系而使用不同的設備尺寸，備尺寸， 而晶體的尺寸

35、并不可以將設備的放大而增大，而晶體的尺寸并不可以將設備的放大而增大， 同時顆粒懸浮與之相關的傳遞系數(shù)也不隨設備尺寸的同時顆粒懸浮與之相關的傳遞系數(shù)也不隨設備尺寸的增大而增大，因此要求的懸浮速率也不改變。增大而增大，因此要求的懸浮速率也不改變。 在放大過程中，要考慮的因素在放大過程中，要考慮的因素 質量傳遞過程（溶液間、溶液與晶體間）質量傳遞過程（溶液間、溶液與晶體間） 成核過程成核過程 成長進程成長進程 使用的方法，能量輸入，攪拌漿邊緣速度使用的方法，能量輸入，攪拌漿邊緣速度模型模型 由上而述，結晶過程需要知道混合過程的狀態(tài)，其對結晶由上而述，結晶過程需要知道混合過程的狀態(tài)，其對結晶的影響是非

36、常重要的，尤其是在大型結晶器內，然而混合的影響是非常重要的，尤其是在大型結晶器內，然而混合對結晶的影響是對結晶的影響是非常復雜非常復雜的，因此，對其過程的研究，同的，因此，對其過程的研究，同時建立相應的模型來預測混合過程的及其對結晶的影響是時建立相應的模型來預測混合過程的及其對結晶的影響是非常具有非常具有挑戰(zhàn)性挑戰(zhàn)性，也是非常必要的。，也是非常必要的。 在大型結晶器內與小型結晶器的流體動力狀態(tài)大不相同，在大型結晶器內與小型結晶器的流體動力狀態(tài)大不相同，也很難真正的建立聯(lián)系，使用數(shù)學模型的方法建立也很難真正的建立聯(lián)系，使用數(shù)學模型的方法建立經驗模經驗模型型也具有也具有局限性局限性，另外在結晶器內

37、有晶體，有時氣體、液，另外在結晶器內有晶體，有時氣體、液體存在，同時晶體具有一定的尺寸分布，其流動為多相流，體存在，同時晶體具有一定的尺寸分布，其流動為多相流， 考慮已有的過程與現(xiàn)象，使用簡單的經驗模型顯得無能為考慮已有的過程與現(xiàn)象，使用簡單的經驗模型顯得無能為力，因此必須使用力，因此必須使用計算流體力學計算流體力學的方法，才有可能實現(xiàn)結的方法，才有可能實現(xiàn)結晶過程的模擬與預測，到現(xiàn)在為止，就是使用計算流體力晶過程的模擬與預測，到現(xiàn)在為止，就是使用計算流體力學的方法，也不能完全描述現(xiàn)有在結晶過程中涉及的全部學的方法，也不能完全描述現(xiàn)有在結晶過程中涉及的全部過程，尚有許多方面的工作要做。過程，尚

38、有許多方面的工作要做。 盡管現(xiàn)有的模型對結晶過程的結果都不盡管現(xiàn)有的模型對結晶過程的結果都不能給予準確的預測，但建立其中的相關能給予準確的預測，但建立其中的相關模型還是很有必要的，模型還是很有必要的，一些結果可被認為一種一些結果可被認為一種定性定性的結果，而不的結果，而不是定量的，其能給予解決問題的指導性建是定量的，其能給予解決問題的指導性建設，同時也是對知識的設，同時也是對知識的積累積累，當對某些結果特定進程研究多了，其就可當對某些結果特定進程研究多了，其就可以揭示一般的規(guī)律，而實現(xiàn)模型的以揭示一般的規(guī)律，而實現(xiàn)模型的 完善，完善，這要借用實驗和計算流體力學的方法來實這要借用實驗和計算流體力

39、學的方法來實現(xiàn)?，F(xiàn)。實驗模型實驗模型 從實驗室的實驗結果去從實驗室的實驗結果去預測在大型結晶器預測在大型結晶器的流體動力狀態(tài)是完全的流體動力狀態(tài)是完全不可能不可能的，的， 然而使用實驗內的設備的實驗結果來建立然而使用實驗內的設備的實驗結果來建立模型能給出工業(yè)結晶器的流動狀態(tài)的模型能給出工業(yè)結晶器的流動狀態(tài)的定性定性的指導的指導，因此也很有意義，因此也很有意義， 同時在實驗室所使用的同時在實驗室所使用的實驗方法實驗方法，也可以，也可以應用于在大型設備的研究，因此在實驗室應用于在大型設備的研究，因此在實驗室內研究過程的混合及其混合狀態(tài)的影響因內研究過程的混合及其混合狀態(tài)的影響因素，對于科學研究是很

40、有必要的。素，對于科學研究是很有必要的。 單相流動的實驗單相流動的實驗 研究在攪拌器內的流動，混合的最簡單的研究在攪拌器內的流動，混合的最簡單的方法是使用單相流過程，方法是使用單相流過程， 通過使用通過使用錄像及其它技術錄像及其它技術，我們可以觀察，我們可以觀察到過程的進程及其混合狀態(tài)，盡管其結果到過程的進程及其混合狀態(tài)，盡管其結果具有一定的局限性，但很多方面的信息是具有一定的局限性，但很多方面的信息是非常有價值的，例如非常有價值的，例如 流體的整體流動性情況，即流場，循環(huán)區(qū)域，流體的整體流動性情況，即流場，循環(huán)區(qū)域，混合過程的死區(qū)等?；旌线^程的死區(qū)等。 單相混合實驗所使用的技術有：單相混合實驗所使用的技術有： 觀察在攪拌器內一個固定點，加入不同顏觀察在攪拌器內一個固定點，加入不同顏色的流體，觀察溶液的染色變化色的流體，觀察溶液的染色變化 使用幾個顆粒作為流場的觀察對象使用幾個顆粒作為流場的觀察對象 Laser Doppler anemo