制藥工程原理與設(shè)備第三章液體攪拌

第三章液體攪拌

一、概述二、攪拌器及其選型三、攪拌功率12使釜（或槽）內(nèi)物料形成某種特定方式的運(yùn)動(dòng)（通常為循環(huán)流動(dòng)）。攪拌第一節(jié)概述(1)氣流攪拌(2)機(jī)械攪拌

氣體鼓泡優(yōu)點(diǎn)：腐蝕性、高溫高壓缺點(diǎn)：不適合高粘度流體3使釜（或槽）內(nèi)物料形成某種特定方式的運(yùn)動(dòng)（通常為循環(huán)流動(dòng)）。攪拌第一節(jié)概述(1)氣流攪拌(2)機(jī)械攪拌適用范圍廣4使釜（或槽）內(nèi)物料形成某種特定方式的運(yùn)動(dòng)（通常為循環(huán)流動(dòng)）。攪拌第一節(jié)概述磁力攪拌

攪拌設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

攪拌設(shè)備攪拌裝置軸封（填料密封和機(jī)械密封）攪拌槽（釜）攪拌器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)葉輪攪拌軸槽體附件（擋板、導(dǎo)流筒等）平葉折葉螺旋面葉5

攪拌設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

典型的攪拌設(shè)備1―攪拌槽；2―攪拌器；3―攪拌軸；4―加料管；5―電動(dòng)機(jī)；6―減速機(jī)；7―聯(lián)軸節(jié)；8―軸封；9―溫度計(jì)套管；10―擋板；11―放料閥6液體混合機(jī)理(1)循環(huán)流動(dòng)(2)高度湍動(dòng)將流體輸送到攪拌釜內(nèi)各處大尺度宏觀混合產(chǎn)生旋渦，旋渦分裂使流體分散小尺度微觀混合不同過程對(duì)這兩種流動(dòng)有不同的要求。液滴、氣泡的分散-----強(qiáng)烈的湍流固體顆粒的均勻懸浮----總體循環(huán)流動(dòng)781．罐內(nèi)的總體流動(dòng)與大尺度的混合排出流和誘導(dǎo)流造成槽內(nèi)液體大范圍宏觀流動(dòng)，并產(chǎn)生整個(gè)槽內(nèi)液體流動(dòng)循環(huán)，使液體宏觀上均勻混合。螺旋槳式-----軸向和切向渦輪式------徑向和切向液體混合機(jī)理2．強(qiáng)剪切、高度湍動(dòng)與小尺度的混合由于射流中心與周圍液體交界處的速度梯度很大而產(chǎn)生強(qiáng)的剪切作用，對(duì)低黏度的液體形成大量旋渦。旋渦的分裂破碎及能量傳遞，使微團(tuán)尺寸減小，從而達(dá)到小尺寸的微觀均勻組合。液體混合機(jī)理攪拌槽內(nèi)液體進(jìn)行著三維流動(dòng)：徑向流、切向流、軸向流(1)攪拌器的旋轉(zhuǎn)(2)槳葉形狀的不同切向圓周運(yùn)動(dòng)軸向流動(dòng)徑向流動(dòng)91011攪拌的目的(1)使物料均勻混合互溶液體乳濁液懸浮液泡沫液(2)強(qiáng)化傳質(zhì)(3)強(qiáng)化傳熱提高對(duì)流傳熱系數(shù)增大相際接觸面積降低液膜阻力第二節(jié)攪拌器121、攪拌器的類型按攪拌器性能分類小直徑高速攪拌器適用范圍：液體黏度較低的場(chǎng)合特點(diǎn)：葉片面積小，轉(zhuǎn)速高攪拌器：旋槳式、渦輪式大直徑低速攪拌器攪拌器：槳式、錨式、螺帶式適用范圍：液體黏度較高的場(chǎng)合特點(diǎn)：葉片面積大，轉(zhuǎn)速低131、攪拌器的類型按工作原理分類旋槳式為代表工作原理：去殼軸流泵特點(diǎn)：流量大、壓頭低；液體作軸向和切向運(yùn)動(dòng)攪拌器：旋槳式、折葉槳式、螺帶式渦輪式為代表工作原理：去殼離心泵特點(diǎn)：流量小、壓頭高；液體作徑向和切向運(yùn)動(dòng)攪拌器：平直葉槳式142、幾種常用攪拌器的性能螺旋槳式攪拌器152、幾種常用攪拌器的性能渦輪式攪拌器直葉圓盤葉輪彎葉圓盤葉輪直葉渦輪彎葉渦輪

162、幾種常用攪拌器的性能渦輪式攪拌器172、幾種常用攪拌器的性能182、幾種常用攪拌器的性能槳式攪拌器192、幾種常用攪拌器的性能

錨式框式20缺點(diǎn)：主要做水平環(huán)向流動(dòng)，基本沒有軸向流動(dòng)，難以保證軸向混合效果。2、幾種常用攪拌器的性能21二、攪拌過程的強(qiáng)化1.提高攪拌器的轉(zhuǎn)速（rotatespeed）2.打旋現(xiàn)象及其消除3.設(shè)置導(dǎo)流筒(drafttube)裝設(shè)擋板（Baffleplate）偏心安裝（eccentricfixing）221.提高攪拌器的轉(zhuǎn)速

對(duì)于特定的攪拌器，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭與轉(zhuǎn)速的平方成正比。因此，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速可提高葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭，可向液體提供更多的能量，從而提高攪拌效率。232242252627228329301、低黏度均相液體的混合

此類過程主要是通過攪拌獲得一定均勻度的混合物，要求攪拌器能產(chǎn)生較強(qiáng)的總體循環(huán)流動(dòng)。

推進(jìn)式的循環(huán)流量較大且動(dòng)力消耗較少，所以是最適用的。

漿式的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在小體積液體混合中有著廣泛的應(yīng)用，但當(dāng)液體體積較大時(shí)，其循環(huán)流量不足。

渦輪式的剪切作用較強(qiáng)，但對(duì)于這種混合過程不太需要，且動(dòng)力消耗較大，故不太合理。312、高黏度均相液體的混合

此類過程主要控制因素為總體流動(dòng)，常用大尺寸低轉(zhuǎn)速攪拌器，具體形式主要取決于被攪拌液體的黏度。當(dāng)液體粘度在0.1~1Pas時(shí)，可采用錨式攪拌器。當(dāng)液體粘度在1~10Pas時(shí)，可采用框式攪拌器，且粘度越高，豎、橫梁就越多。當(dāng)液體粘度在2~500Pas時(shí)，可采用螺帶式攪拌器。323、分散此類過程主要控制因素為剪切作用和總體循環(huán)流動(dòng)。由于渦輪式攪拌器具有較強(qiáng)的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所以最為合適，尤其是平直葉的剪切作用比折葉和彎葉的大，則更為合適。當(dāng)液體的粘度較大時(shí)，為減少動(dòng)力消耗，宜采用彎葉渦輪。334、固體懸浮此類過程主要控制因素為總體循環(huán)流動(dòng)，其次為湍流強(qiáng)度。由于開啟渦輪沒有中間圓盤，不致阻礙漿葉上下的液相混合，所以最為合適，尤其是彎葉開啟渦輪，漿葉不易磨損，則更為合適。推進(jìn)式的使用范圍較窄，當(dāng)固液密度差較大或固液比超過50%時(shí)不適用。漿式或錨式的轉(zhuǎn)速較低，不適用于固液比較小(<50%)或沉降速度較大的固體懸浮。345、固體溶解此類操作要求固體顆粒能迅速分散于液相中，同時(shí)防止大量固體顆粒被甩至釜壁而發(fā)生沉積，因此要求攪拌器具有較強(qiáng)的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所以渦輪式最為合適。推進(jìn)式的循環(huán)流量較大，但剪切作用較小，所以用于小容量的固體溶解過程比較合理。漿式需借助擋板來提高循環(huán)能力,因此一般用于易懸浮固體的溶解操作。356、氣體吸收

此類操作以各種圓盤渦輪式攪拌器最為適宜，此類攪拌器不僅有較強(qiáng)的剪切作用，而且圓盤下面可存住一些氣體，使氣體的分散更趨平穩(wěn)，而開啟渦輪則沒有這一優(yōu)點(diǎn)，故效果不好。推進(jìn)式和漿式一般不適用于氣體吸收操作。367、結(jié)晶

帶攪拌的結(jié)晶過程比較復(fù)雜，尤其是需要嚴(yán)格控制晶體大小和形狀時(shí)更是如此。一般情況下，小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器，如渦輪式，適用于微粒結(jié)晶，但晶體形狀不易一致；而大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如漿式，適用于大顆粒定形結(jié)晶，但釜內(nèi)不宜設(shè)置擋板。378、傳熱

傳熱量較小的夾套釜可采用漿式攪拌器;中等傳熱量的夾套釜亦可采用漿式攪拌器,但釜內(nèi)應(yīng)設(shè)置擋板;當(dāng)傳熱量很大時(shí),釜內(nèi)可用蛇管傳熱，采用推進(jìn)式或渦輪式攪拌器,并在釜內(nèi)設(shè)置擋板。38攪拌器選型低黏度均相液體的混合：推進(jìn)式（循環(huán)功率大，消耗功率小，最合

適）；槳式（小體積）；渦輪式（功率消耗大，不經(jīng)濟(jì)）高黏度均相液體的混合：錨式、框式、螺帶式分散(非均相液體混合)：渦輪式（剪切作用強(qiáng)，直葉更合適；黏度大，彎頁(yè)更合適，減少能量消耗）固體懸浮：渦輪式（低黏度，開啟式，彎頁(yè)），推進(jìn)式（密度差小、

固液比小的場(chǎng)合），槳式或錨式（固液比大、沉降速度小的場(chǎng)合）固體溶解：渦輪式，螺旋槳式（小容量），槳式（易混懸操作）氣體吸收：圓盤渦輪式結(jié)晶：小直徑高速攪拌器（渦輪式，微粒結(jié)晶），大直徑低速攪拌器

（槳式，大顆粒定型結(jié)晶）傳熱：槳式（傳熱量小、中等，夾套傳熱），螺旋槳或渦輪式（傳熱量大，蛇管傳熱）39均相液體攪拌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ρ、粘度μ、葉輪轉(zhuǎn)速n、重力加速度g等

第三節(jié)攪拌功率4041424344454647

Re<10葉輪周圍液體隨葉輪旋轉(zhuǎn)作周向流，遠(yuǎn)離葉輪的液體基本是靜止的，屬于完全層流。流體的流動(dòng)狀態(tài)48

10<Re<30液體的運(yùn)動(dòng)達(dá)到槽壁，并沿槽壁有少量上下循環(huán)流發(fā)生，此現(xiàn)象為部分層流，仍為層流范圍。流體的流動(dòng)狀態(tài)49