(培訓(xùn))化工設(shè)備-液體攪拌與氣液混合

1、第五章第五章 液體攪拌與氣液混合液體攪拌與氣液混合本章學(xué)習(xí)目的與要求n通過學(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)。n要求學(xué)生掌握評價物料混合度的各種方法，熟悉影響液體攪拌功率的因素，并且能夠計算攪拌功率和混合速率等參數(shù)。n掌握乳化操作原理。n了解氣液混合方法。5-1 液體攪拌混合的基本原理n 混合物的混合程度v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 v分隔尺度 混合物各個局部小區(qū)域體積的平均值 v分隔強(qiáng)度 混合物各個局部小區(qū)域的濃度與整個混合物的平均濃度的偏差的平均值 v總體流動 特點：流體以較大的尺度運(yùn)動，流

2、動具有一定流向，流動范圍較大v湍動 特點：流體以很小的流體團(tuán)(遠(yuǎn)小于總體流動)尺度運(yùn)動，運(yùn)動不規(guī)則，運(yùn)動距離很短 n 攪拌釜內(nèi)液體的流動v 攪拌雷諾數(shù)（Rem） 確定攪拌釜內(nèi)液體的流型 ndRem2n 混合的原理v 對流混合機(jī)理 互不相溶組分的混合 v 擴(kuò)散混合機(jī)理 互溶組分的混合 v 剪力混合機(jī)理 高粘度液體的混合 n 混合速率v混合過程中物料實際狀態(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v可用混合質(zhì)量指標(biāo)(如2、S2、等)中的一種對時間的變化率來表示 以d2d t表示混合速率222dkdt 5-2 攪拌器的性能n 攪拌器的分類v 槳葉式 v 旋槳式v 渦輪式 彎曲葉片 開式平葉

3、片段 帶葉片圓盤v 錨式和框式v 螺帶式n 攪拌設(shè)備的其他結(jié)構(gòu)問題v擋板 阻擋液體因攪拌器的轉(zhuǎn)動而隨之旋轉(zhuǎn) v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v攪拌器插入方式 常見的是在釜中心軸處垂直插入 v攪拌器層數(shù) 對于高徑比較大的攪拌釜，或是液體粘度比較大的攪拌操作 n 常用的機(jī)械攪拌裝置v由攪拌器、葉輪和若干輔助部件組成v攪拌系統(tǒng)的主件是葉輪v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、槽壁上有無擋板等因素壓頭H通?？梢詫懗伤俣阮^ 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v功率消

4、耗為一定值的條件下，關(guān)系 成立 v體積流量、壓頭、功率間的關(guān)系NQHg22ugn攪拌器的液體循環(huán)量和壓頭35Nn d83QdHn 攪拌器的選型v選型原則 選型時應(yīng)考慮到過程對流動條件的要求，按過程的控制因素選擇 v攪拌器的選型 液體的粘度 攪拌器的特性 按粘度選型圖n 攪拌器的放大v幾何相似原理 兩個大小不同的系統(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) v攪拌器的放大 按功率數(shù)據(jù)的放大 按工藝過程結(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

5、位體積流體的功率 不變，因 ，要求n3d2n3d22nd2ndg23n dNV353Nn dVd5-3 攪拌器的功率影響攪拌功率的因素v幾何因素葉輪直徑d葉片數(shù)目、形狀及葉片長度和寬度容器直徑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hv物理因素液體的密度、粘度、葉輪轉(zhuǎn)速n等 n功率關(guān)聯(lián)式v實驗時可借助于因次分析，將功率消耗和其它參數(shù)聯(lián)系起來 用因次分析法，可得 由bagdnndKdnN225353dnNEu2emd nRgdnFr2得或 稱為功率因數(shù) abemEuFrRKRaembKFrEuv上述主要無因次數(shù)群的意義 功率準(zhǔn)數(shù)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

6、加于受攪拌液體的力 雷諾堆數(shù)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)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n 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。v 校正系數(shù) f 計算 當(dāng) 2.54 0.61.1 1/51/3槳式錨式旋槳式和渦輪式 DdHdhd3 . 06 . 01 . 143dhdHdDf3 . 06 . 01 . 11511. 1dhdHdDf6 . 093. 03dHdDfn非牛頓液體的攪拌功率v賓哈姆液體的攪拌功率 v指數(shù)律流體的攪拌功率 RemKndNEu3

7、5iiapememRR1andm2Re1nadyduk1.nanck 首先求表現(xiàn)粘度 求C值 最后求功率Nv計算步驟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?；旌暇|(zhì)化n 乳化機(jī)理v 乳化劑降低界面能，防止油或水回復(fù)原狀v 乳化劑分子膜將液滴包住，可防止碰撞的液滴彼此又合并v 形成表面雙電層，當(dāng)兩 個液滴相互接近時，因 電的相斥作用防止凝聚v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n 乳化機(jī)理5100親水基重量疏水基重量親水基重量HLBn乳化液的穩(wěn)定性及影響

8、其穩(wěn)定性的主要因素v液滴的大小v兩相密度差v粘度v粒子的電荷n 乳化劑及其作用v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胿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v 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n 乳化液形成的方法v凝聚法v分散法機(jī)械強(qiáng)制分散法同時乳化法轉(zhuǎn)相法漿體法自然乳化法n 乳化設(shè)備簡介v攪拌乳化器v膠體磨v均質(zhì)機(jī)v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v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

9、氣，保證微生物等生長發(fā)育和繁殖所需的溶解氧 n氣液混合攪拌器的通氣速度和攪拌器轉(zhuǎn)速 v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由下式計算 0.7530.194gAQNFrnd0.500.251.55gcHyn dDdDv 自吸式攪拌器 最低攪拌轉(zhuǎn)速n0由下式計算v表面嚗氣式攪拌器 最低攪拌轉(zhuǎn)速n0由下式計算0.1120()0.21cDn dgH0.500.251.55gcHyn dDdDn容器通氣攪拌功率的計算 v容器不通氣時的攪拌功率N0 v容器通氣時的攪拌功率 邁凱爾關(guān)聯(lián)式 福田秀雄關(guān)聯(lián)式2053ReaamNd nEuKKd n0.392300.086.35ggN ndNQ0.452300.56ggN ndNCQ5-6 氣液混合方法和設(shè)備v 薄膜式碳酸化器v 噴霧式碳酸化器v 噴射式碳酸化器n碳酸化方法和設(shè)備 1.支架 2. CO2入口 3.吸收圓盤 4.容器 5.冷水入口 6.壓力表 7.排氣管 8.液位計 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n氣液混合攪拌器 v 通氣式氣液