化工原理 第03章01(改）.ppt

1、3.1 概述 工業(yè)背景(錄像) 3.1.1 攪拌的目的(錄像) (1) 互溶液體的均勻混合 (2) 多相物體的分散和接觸 氣泡分散于液體中 液滴分散于不互溶液體中 固體顆粒懸浮于液體中 (動畫) (錄像) (3) 強(qiáng)化傳熱,第3章 液體攪拌,3.1.2方法 機(jī)械攪拌 氣流攪拌、射流攪拌、靜態(tài)混合、管道混合 3.1.3 攪拌器的類型 按工作原理可分兩大類： 旋槳式：旋槳(動畫) 、螺帶式(動畫) 、 錨式(動畫) 、框式(動畫) 渦輪式：渦輪(圖) 、平直葉(動畫),3.1.4 混合效果的度量 （1）調(diào)勻度 I 當(dāng)CACA0 平均調(diào)勻度 調(diào)勻度與取樣尺寸有關(guān),（2）分隔尺度 分散物質(zhì)微團(tuán)尺寸（分

2、隔尺度） 的大小與調(diào)勻度應(yīng)同時(shí) 作為攪拌效果的描述指 標(biāo)，對不同的物系，其 可能達(dá)到的尺度： 互溶液體： 分子尺度； 不互溶液體或氣液：只能達(dá)到微團(tuán)尺度，攪拌越 激烈微團(tuán)尺度 越??； 液固系統(tǒng)： 只能大尺度； 對多相分散物系，分隔尺度（氣泡、液滴和固體顆粒的大小和直徑分布）是攪拌的重要指標(biāo)。,（3）宏觀混合與微觀混合 設(shè)備尺度混合總體流動 旋渦尺度混合剪切力場 混合效果的度量與考察的尺度有關(guān)的。 引入混合尺度概念。 從設(shè)備尺度上考察，兩者都是均勻的宏觀混 合。當(dāng)考察尺度縮小到微團(tuán)或最小的旋渦尺度， 兩者有不同的調(diào)均度，即宏觀混合有優(yōu)劣。如從 分子尺度來考察，即微觀混合，兩者都不均勻。 真正的微

3、觀混合只有依賴于分子擴(kuò)散，才能達(dá)到 分子級的均勻。,3.2 混合機(jī)理 3.2.1 攪拌器的兩個(gè)功能 （1）總體流動 將流體輸送到攪拌釜內(nèi)各處 大尺度宏觀混合。 （2）強(qiáng)剪切或高度湍動 產(chǎn)生剪切力場或旋渦 小尺度宏觀混合，促進(jìn)微觀混合。 注意：流體不是靠槳葉直接打碎的，而是靠高剪切力場撕碎的。,射流現(xiàn)象 作用 夾帶 剪切, 脈動,3.2.2 均相液體的混合機(jī)理 （1）低黏度液體的混合 總體流動+高度湍動 最小液團(tuán)尺寸為10m量級 （2）高黏度及非牛頓流體的混合 多處于層流狀態(tài)混合機(jī)理主要依賴于 充分的總體流動。 3.2.3 非均相物系的混合機(jī)理 （1）液滴或氣泡的分散,界面張力是抗力，大不易分散

4、 穩(wěn)定時(shí)，液滴破碎與合并達(dá)動態(tài)平衡 液滴大小分布不均的原因： 葉片附近剪切強(qiáng)度大、液滴?。?邊角處剪切強(qiáng)度小、液滴大。 措施： 盡量使釜內(nèi)湍動程度均勻； 加少量保護(hù)膠或表面活性劑，使液滴難以合并。 （2）固體顆粒的分散 細(xì)顆粒打散顆粒團(tuán)聚體 粗顆粒全部顆粒離底懸浮 操作轉(zhuǎn)速應(yīng)大于懸浮臨界轉(zhuǎn)速,（3）氣泡尺度的分布 原理基本相同，但氣液界面張力比液液界面 張力為大，氣液密度差大，大氣泡易浮升到液 面，因此分散更加困難。,（3）攪拌器的性能 3.3.1 常用攪拌器的性能 （1） 旋槳式攪拌器(錄像) qV大，H小，軸向流出 葉片端速度515m/s 適于低黏度液體 10Pas （2） 渦輪式攪拌器(

5、錄像) qV小，H大，徑向流出 葉片端速度38m/s 適于中等黏度液體 50Pas,（3） 大葉片低轉(zhuǎn)速攪拌器(錄像) 錨式、框式、螺帶式 端部速度0.51.5m/s 適于高黏度液體、顆粒懸浮液 能防止器壁沉積現(xiàn)象 （4） 性能綜述(錄像),旋漿式：（工作原理類似軸流泵葉輪） 特點(diǎn)大流量、低壓頭（低剪切，低湍動）； 渦輪式：（工作原理類似離心泵葉輪） 特點(diǎn)小流量、高壓頭（強(qiáng)剪切，高湍動）； 錨式、框式、螺帶式： 特點(diǎn)適應(yīng)于高黏度的流體；,3.3.2 強(qiáng)化過程的工程措施 不利因素抑制；有利因素調(diào)動 3.3.2.1 不利因素 （1） 打旋 卷入空氣 電機(jī)負(fù)荷不穩(wěn)定 液體溢出 （2）流體走短路 qV

6、不足 有死區(qū) （3）阻力不足 能量加不進(jìn)、打滑,3.3.2.2 工程措施 (1) 提高轉(zhuǎn)速提高流量qV、壓頭H (2) 加擋板消除打旋，增加阻力 四塊擋板全擋板 (錄像) (3) 偏心安裝 破壞循環(huán)回路 的對稱性 (錄像),(4) 裝導(dǎo)流筒避免短路及死區(qū),3.4 攪拌功率 3.4.1 混合效果與功率消耗 功率消耗 P =gHqV 增加功率改善混合效果 能量合理有效利用與槳形、尺寸選擇有關(guān) 大尺度：qv大；小尺度：H大；P大 對攪拌器,要求能消耗更多的功率（如設(shè)置擋板）,以獲得較好的攪拌效果。（與泵不同） 攪拌器設(shè)計(jì)：不是設(shè)法提高效率，而是設(shè)法增加功率P。盡管如此，攪拌裝置仍存在能量的有效利用。

7、 如需要快速分布，要有大流量； 如需要高破碎度，要有高湍動。 所以攪拌裝置要針對性地設(shè)計(jì)。,3.4.2 功率曲線(錄像) （1）影響功率的因素有： 攪拌器直徑d，葉片數(shù)，容器直徑D， 液體高度h，攪拌器離底距離，檔板數(shù)。 P =f(d, ,n,h,D) 無量綱化,幾何相似條件下，對應(yīng)邊成同一比例， 都相同， 此時(shí)，,（2）功率曲線 功率準(zhǔn)數(shù)K與攪拌雷諾數(shù)ReM的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)結(jié)果為： 應(yīng)用條件：幾何相似 功率 P=Kn3d5,層流區(qū)： 圖38所示的攪拌器，C71。 湍流區(qū): K為常數(shù)，與雷諾數(shù)無關(guān)。 圖39中線1的K6.3。 上述功率曲線是在單一液體時(shí)測定的。 對于液液，液固系統(tǒng)要進(jìn)行校核。,3.

8、4.3 攪拌功率的分配 當(dāng)P=Kn3d5為一定值時(shí) 或 小直徑，高轉(zhuǎn)速強(qiáng)剪切力場 大直徑，低轉(zhuǎn)速大流量 轉(zhuǎn)速與直徑可根據(jù)需要而人為調(diào)整 在同等功率下，加大直徑降低轉(zhuǎn)速，更多的功率用于總體流動；減小直徑提高轉(zhuǎn)速，更多的功率用于湍動。根據(jù)混合的要求正確選擇攪拌器的直徑和轉(zhuǎn)速，否則也會浪費(fèi)功率。,3.5 攪拌器的放大 3.5.1 放大過程（設(shè)計(jì)） 小試中試工業(yè)設(shè)計(jì)，逐級放大 設(shè)計(jì)中要解決： （1） 攪拌器的類型、攪拌釜的形狀 看工藝過程特點(diǎn) （2） 幾何尺寸、轉(zhuǎn)速n、功率P 看放大準(zhǔn)則 幾何相似放大便于用同一根功率曲線,3.5.2 放大準(zhǔn)則 （1） 不變， （2） 單位體積能耗 不變， , （3） 葉片端部切向速度不變， （4） 不變， 具體要看混合效果，可能這四個(gè)準(zhǔn)則都不適用，須找新的放大規(guī)律。,3.6 其他混合設(shè)備 (1) 靜態(tài)混合器(錄像) (2) 管道混合器(動畫) (3) 射流混合器(動畫) (4) 氣流攪拌器(錄像),本次講課習(xí)題： 第三章 13,工業(yè)背景 返回,攪拌的目的 返回,攪拌釜 返回,攪拌釜結(jié)構(gòu) 返回,旋槳