化工原理-4讲解.ppt

第四章 液体搅拌 作用:是通过自身运动使搅拌容器中的物料按某种特定的方式运动，从而达到某种工艺要求。这种特定方式的流动（流型）是衡量搅拌装置性能最直观的重要指标。 1） 开启涡轮式 2） 圆盘涡轮式 4.1.2 搅拌作用下流体的流动 搅拌雷诺数（Re） 三、搅拌槽内液体的循环量和压头 三、搅拌槽内液体的循环量和压头 四、增强搅拌槽内液体湍动的措施 4.1.3 混合机理 4.1.3 混合机理 4.1.4 其他类型混合器4.1.5 搅拌器的选型和发展趋势 4.2 搅拌功率 4.2.1 搅拌功率的量纲为一数群关联式 对于全挡板条件的搅拌装置 4.3 搅拌设备的放大 一、搅拌设备放大基础 两个大小不同的系统，搅拌釜的形状和搅拌桨的型式是完全相同的，并且相应各部分几何尺寸之比等于常数 ，各自在对应点上的速度比相等，动力比也相等。 2. 按工艺过程结果放大 雷诺准数 不变，要求 n1d12＝n2d22 单位体积搅拌功率 不变，因 ，要求n13d12＝n23d22 搅拌器流量和压头的比值q/H不变，要求d1/n1=d2/n2 叶轮末端速度πnd不变，要求 n1d1＝n2d2 弗鲁德准数 不变，要求 n12d1＝n22d2 一、均相液体的混合机理 1．总体对流扩散 排出流和诱导流造成槽内液体大范围宏观流动，并产生整个槽内液体流动循环，这种流动称为总体流动。 总体流动能使液体宏观上均匀混合（大尺度的混合）。 2．涡流扩散 由于射流中心与周围液体交界处的速度梯度很大而产生强的剪切作用，对低黏度的液体形成大量旋涡。旋涡的分裂破碎及能量传递，使微团尺寸减小（最小尺寸可达微米级），从而达到小尺寸的微观均匀混合。 3．分子扩散 均相液体在分子尺度的均匀混合靠分子扩散。但是槽内液体强的湍动使微团尺寸的减小，大大加速了分子扩散。 二、非均相液体的混合机理 为达到小尺度的混合，同样应强化湍动，使分散相尺寸尽可能减小。 （自学） 一、影响搅拌功率的因素 （1）搅拌器的因素 桨叶形状、叶轮直径及宽度、叶片数目、在槽内安装高度等。 （2）搅拌槽的因素 槽形、槽内径、挡板数目及宽度、导流筒的尺寸、液位高度等。 （3）物性因素 主要是被搅拌物料的密度和黏度。 （4）出现打旋现象时还需考虑重力加速度的影响。 —输入的功率代表施加 于受搅拌液体的力 — 含有黏度μ，代表施加力与黏性 曳力之比，衡量 流体的流动状态 — 含有重力加速度g，代表施加力与 重力之比，产生打旋时，需要考虑。 二、搅拌功率的量纲为一数群关联式 搅拌功率和各变量之间的一般函数关系式可表达为 通过量纲分析可得 功率数 搅拌雷诺数 弗鲁德数 得 令 ф称为功率因数 则 （无漩涡） 则 4.2.2 均相系统搅拌功率的计算（自学） 4.2.3 非均相物系搅拌功率的计算（自学） 4.2.4 非牛顿型流体的搅拌功率（自学） 几何相似、运动相似、动力相似 要完成可靠的放大工作，要满足两个必要条件： （1）所研究的体系必须是相当单纯的。对于搅拌过程来说，系统的抗拒力应是黏性力、重力、界面张力三个力中的一个力所决定，而不是这三个共同决定的。搅拌槽安装挡板即消除了重力的影响，再忽略界面张力的影响，于是变成单纯的黏性力（Re）作为相似条件。 （2）当设备尺寸由小放大时，上述的单纯条件同样保持不变。 二、搅拌设备的放大 1. 按搅拌功率放大 几何构型相同的搅拌设备，不论其尺寸大小，均可用同一条功率曲线。即只要Re相等，则Φ值必相同。如果符合全挡板条件，相同的Re对应相等的PN值。 因此，通过测量实验设备的搅拌功率便可推算出生产设备的搅拌功率。 * 搅拌: 使两种或多种不同的物料达到均匀混合的单元操作。 搅拌的目的： （1）使被搅拌物料各处达到均质混合状态； 调匀度或分割尺度 （2）强化传热过程； 传热系数 （3）强化传质过程； 传质系数 （4）促进化学反应。 转化率 搅拌设备 搅拌装置 轴封（填料函密封和机械密封） 搅拌槽（釜） 搅拌器 传动机构 叶轮 搅拌轴 槽体 附件（挡板、导流筒等） 4.1 搅拌器的性能和混合机理 一、搅拌设备的基本结构 4.1.1 搅拌设备 图4-1典型的搅拌设备 1―搅拌槽； 2―搅拌器； 3―搅拌轴； 4―加料管； 5―电动机； 6―减速机； 7―联轴节； 8―轴封； 9―温度计套管； 10―挡板； 11―放料阀 一、搅拌设备的基本结构 轴向 径向 周向 二、机械搅拌器的类型 二、机械搅拌器的类型 平叶(如平叶桨式、平直叶涡轮式) 折叶（如折叶桨式） 螺旋面叶（如推