第三章 液体搅拌 (课件)《化工原理第四版》同步教学（化学工业出版社）

化工原理 第三章 液体搅拌 2024.1.5 1 概述 工业背景(录像) 1.1 搅拌的目的(录像) 1. 互溶液体的均匀混合 2. 多相物体的分散和接触 气泡分散于液体中 液滴分散于不互溶液体中 固体颗粒悬浮于液体中 (动画) (录像) 3. 强化传热 第三章 液体搅拌 1.2 搅拌器的类型 按工作原理可分两大类： 旋桨式：旋桨(动画) 、螺带式(动画) 、 锚式(动画) 、框式(动画) 涡轮式：涡轮(图) 、平直叶(动画) 1.3 混合效果的度量 1．调匀度 I 当CA<CA0 当CA>CA0 平均调匀度 2．分隔尺度 调匀度与取样尺寸有关 气泡直径 液滴直径 颗粒直径 2 混合机理 2.1 搅拌器的两个功能 1．总体流动——将流体输送到搅拌釜内各处 大尺度宏观混合 2．强剪切或高度湍动——产生剪切力场或旋涡 小尺度宏观混合，促进微观混合 注意：流体不是靠桨叶直接打碎的，而是靠高剪切力场撕碎的。 2.2 均相液体的混合机理 2.2.1 宏观混合与微观混合 设备尺度混合——总体流动 大尺度宏观 旋涡尺度混合——剪切力场 小尺度宏观 （液滴大小分布、气泡大小分布） 分子尺度混合——分子扩散 微观 2.2.2 低粘度液体的混合 总体流动+高度湍动 最小液团尺寸为10μm量级 2.2.3 高粘度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态——充分的总体流动 均相液体混合主要用于两种场合： 1. 缩短分子扩散所需时间； 2. 适应快反应要求微团尺寸小的需要。 2.3 非均相物系的混合机理 1．液滴或气泡的分散 界面张力是抗力，σ大不易分散 稳定时，液滴破碎与合并达到动态平衡 液滴大小分布不均的原因： 叶片附近—剪切强度大、液滴小 边角处—剪切强度小、液滴大 措施： ①尽量使釜内湍动程度均匀 ②加少量保护胶或表面活性剂，使液滴难以合并 2．固体颗粒的分散 细颗粒——打散颗粒团聚体 粗颗粒——全部颗粒离底悬浮 操作转速应大于悬浮临界转速 3 搅拌器的性能 3.1 常用搅拌器的性能 1. 旋桨式搅拌器(录像) qV大，H小， 适于低粘度液体 μ<10Pa·s 2. 涡轮式搅拌器(录像) qV小，H大， 适于中等粘度液体 μ<50Pa·s 3. 大叶片低转速搅拌器(录像) 锚式、框式、螺带式 适于高粘度液体、颗粒悬浮液 能防止器壁沉积现象 3.2 强化过程的工程措施 不利因素——抑制；有利因素——调动 3.2.1 不利因素 1. 打旋 卷入空气 电机负荷不稳定 液体溢出 2．流体走短路 qV不足 有死区 3.阻力不足 能量加不进、打滑 3.2.2 工程措施： 1. 提高转速——提高流量qV、压头H 2. 加挡板——消除打旋，增加阻力 四块挡板——全挡板 (录像) 3. 偏心安装 ——破坏循环回路 的对称性 (录像) 4. 装导流筒——避免短路及死区 4 搅拌功率 4.1 混合效果与功率消耗 功率消耗 P =ρgHqV 增加功率—改善混合效果 能量合理有效利用—与桨形、尺寸选择有关 4.2 功率曲线(录像) 1．影响因素P =f(d, ρ,n,μ,h,D……) 无量纲化 几何相似，对应边成同一比例， 都相同 此时， 2．功率曲线 功率准数K与搅拌雷诺数ReM的关系 实验结果为： 应用条件：几何相似 功率 P=Kρn3d5 4.3 搅拌功率的分配 小直径，高转速——强剪切力场 大直径，低转速——大流量 转速与直径可根据需要而人为调整 5 搅拌器的放大 5.1 放大过程（设计） 小试→中试→工业设计，逐级放大 设计中要解决： 1. 搅拌器的类型、搅拌釜的形状 ——看工艺过程特点 2. 几何尺寸、转速n、功率P ——看放大准则 几何相似放大——便于用同一根功率曲线 5.2 放大准则 1．