聚合反應工程課件-12課件

第五節(jié)非牛頓流體流變性的測量研究牛頓流體的流變性能，主要通過實驗測定流動曲線，流變性能的測定借助于粘度計或流變儀。

牛頓流體由于τ/?為常數(shù)，測定一點即可以算出黏度μ。非牛頓流體，由于表觀粘度μa隨著剪切應力或者剪切速率而變化，必須測一系列的τ或者?數(shù)據(jù)，才能得到流動曲線。

常用的流變測定儀有：落球粘度計、錐板粘度計、旋轉圓筒粘度計及毛細管擠出粘度計等。1、落球粘度計ρ剪切速率小球下降速率2、旋轉錐板粘度計圓板上距圓板中心距離為r該點的線速度：在該點的試樣厚度：在該點的剪切速率：3、旋轉圓筒粘度計旋轉粘度計示意圖4、毛細管擠出粘度計毛細管擠出粘度計示意圖02二月2023第五章攪拌聚合釜內(nèi)流體的流動與混合02二月2023機械攪拌式反應器第一節(jié)概述02二月202302二月202302二月2023攪拌器的主要用途：

1）混合：使兩種或多種互溶或不互溶液體技工藝要求混合均勻，如溶液、懸浮液、乳化等的配制。

2）攪拌：使物料強烈地流動，以提高傳熱、傳質(zhì)速率

3）懸?。菏剐」腆w顆粒在液體中均勻懸浮、防止沉降等。以達到加速溶解、

4）分散：則使氣體、液體在流體中充分分散成細小的氣泡或液滴，增加接觸面，促進傳質(zhì)或化學反應，并滿足聚合物對粒度的要求。02二月2023

攪拌反應器應具有的要求：

(1)推動液體流動，混勻物料；

(2)產(chǎn)生剪切力，分散物料，并使之懸浮；

(3)增加流體的湍動，以提高傳熱速率；

(4)在高粘體系，可以更新表面，促使低分子物排除；

(5)加速物料的分散和合并，增大物質(zhì)的傳遞速率。02二月2023高粘度體系由于體系的粘度很大，攪拌轉速低，物料處于層流狀態(tài)，不可能有明顯的局部剪切作用。控制因素是容積循環(huán)速率及低轉速。由于體系的粘度大，靠單一的徑向流和軸向流動已不能適應混合的需要，此時需要有較大的面積推動力。隨著粘度的增大可依次選用下列攪拌器。推進式、錨式、螺桿、螺帶、特殊型高粘度攪拌器。02二月202302二月2023

a-錨式bc-框式d-螺帶式02二月2023第二節(jié)攪拌釜內(nèi)流體的流動狀況流體的流動狀況，簡稱流況，可以定義為“在整個攪拌容器中流體速度向量的方向”。在攪拌釜中流體的流況可以分為兩個層次：宏觀狀況與微觀狀況，它們對攪拌效果起著不同的作用。

02二月2023宏觀狀況流動也稱為宏觀流動，而微觀狀況流動則稱為微觀流動。宏觀流動是指流體以大尺寸(凝集流體、氣泡、液滴)在大范圍(整個釜內(nèi)空間)流動狀況，所以也稱循環(huán)流動。循環(huán)流動存在三種典型的流況，徑向流動、軸向流動、切線流動。02二月2023攪拌器的流型軸向流——液體軸向流入，軸向流出特點：攪拌器葉片與旋轉平面夾角小于90°

如：折葉槳、推進式攪拌器徑向流——液體軸向流入，徑向流出特點：攪拌器葉片與旋轉平面夾角等于90°

如：平槳攪拌器切向流——物料粘度較低而攪拌器旋轉速度較高時，液體圍繞攪拌軸作旋轉運動。發(fā)生旋轉運動的區(qū)域稱為“圓柱狀回轉區(qū)”為消除圓柱狀回轉區(qū)，通常在釜內(nèi)設置擋板。02二月202302二月2023

微觀流動是指流體以小尺寸(小氣泡、液滴分散成更小的液滴)在小范圍(氣泡、液滴大小的空間)中的湍動狀況。

微觀流動是由于攪拌槳的剪切作用而引起的局部混合作用，它促使氣泡、液滴的細微化最后由于分子擴散達到微觀混合。微觀流動的作用促使局部混合及異相表面更新，對促進傳熱、傳質(zhì)、分散微粒也有利。微觀流動也稱剪切流動，它促使液體細微化達到分散作用。在攪拌槳葉葉端附近及擋板處是微觀流動作用最強烈處。02二月2023攪拌雷諾數(shù)與流態(tài)在攪拌釜內(nèi)，常以槳葉的端速ND作為定性速度，所以攪拌雷諾數(shù)定義為：(其中N為攪拌器轉速；D為漿的直徑；μ為流體黏度；ρ為流涕的密度)攪拌雷諾數(shù)不僅決定攪拌釜內(nèi)流體流動的流態(tài)(層流、過渡流、湍流)，而且對攪拌器的特性和行為也有決定性作用。

02二月2023攪拌釜內(nèi)液流的流態(tài)，動力學循環(huán)和混合特性曲線02二月2023A區(qū)間(NRe＜10)液體僅在槳葉附近呈滯流旋轉流動，槳葉無液體吐出，釜內(nèi)的其余部分為液體停滯區(qū)(即死角)。B區(qū)間(NRe～l0)當雷諾數(shù)達數(shù)十時，自槳葉端開始有吐出流產(chǎn)生，并引起整個釜內(nèi)流體的上下循環(huán)流動(可能尚存在四周死角)，此時處于層流。C區(qū)間(NRel00～1000)此時處于過渡流態(tài)，即在槳葉周圍液體為湍流狀態(tài)，上下循環(huán)流動為滯流，隨雷諾數(shù)增大，其湍動程度增大。D區(qū)間(NRe＞1000)整個釜內(nèi)的上下循環(huán)流動都處于湍流狀態(tài)。無擋板時會引起旋渦,有擋板時整釜會處于湍流狀態(tài)。當槳葉直徑D與釜徑T之比D／T＜0.1時，釜內(nèi)流體雖為湍流狀態(tài)，但上下循環(huán)流不會遍及整個釜內(nèi)，易出現(xiàn)死角。02二月2023攪拌槳葉的動力特性、循環(huán)特性、混合特性，分別用無因次準數(shù)表示。02二月2023擋板與導流筒

1．擋板

當流體粘度不大，攪拌轉速較高，而且槳葉放在釜的中心線時，液體將隨著槳葉旋轉的方向循著釜壁滑動，釜內(nèi)液體在離心力作用下涌向釜壁，使液面沿襲壁上升，中心部分的液面下降，形成一個漩渦，通常稱打漩現(xiàn)象。02二月202302二月2023打漩現(xiàn)象消除措施：

a.

攪拌軸偏心安裝時，能減弱游渦，提高軸向循環(huán)速率;b.

在釜內(nèi)安裝擋板可有效的消除游渦02二月2023◆擋板擋板的作用是避免旋渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體的湍流程度，將切向流動變?yōu)檩S向和徑向流動，強化反應器內(nèi)液體的對流和擴散，改善攪拌效果。

攪拌反應器的擋板結構02二月2023可有效地防止粘滯液體在擋板處形成死角，以防止固體顆粒的堆積。

在高粘度物料中使用槳式攪拌器時，可安裝橫擋板以增加摻合作用，擋板寬度可與攪拌葉同寬。02二月202302二月20232．導流筒

設置導流筒，既可提高釜內(nèi)流體的攪拌程度，加強槳葉對流體的直接剪切作用，同時又造成一定的循環(huán)流型，使釜內(nèi)所有物料均可通過導流筒內(nèi)的強烈混合區(qū)，提高混合效率。另外由于限定了循環(huán)路徑，減少了短路機會。02二月202302二月2023●導流筒的作用導流筒作用---提高混合效率一方面提高了對液