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第四章釜式反应器的搅拌与传热 4.1搅拌器型式及其液体流型 4.2搅拌过程的种类及搅拌器的选型 4.3搅拌器功率的计算 4.4釜式反应器的传热 4.5搅拌系统传热时间 4.1.3搅拌附件 指搅拌釜内为了改善流体流动状况而增设的零件，在化学反应器中通常为挡板和导流筒。 (1)挡板： 一般是长条形竖向固定在搅拌釜内壁上的板。 作用:加剧流体的湍动程度，消除切线流，提高搅拌器的剪切性能。 全挡板条件：挡板数目足够，再增加数目，搅拌效率也不再增加，此时称为全挡板条件。 板宽W＝(1/20~1/10)D，视粘度高低而减增； 数目依釜径尺寸而异，小直径釜一般2~4个，大者一般4~8个。通常以4~6个居多。 (2)导流筒 导流筒为圆筒型，紧包着桨叶，可使桨叶排出的流体在导流筒内外形成上下循环流，从而更严格地控制流体流型，并可得到高速涡流和高倍循环量，从而达到防止短路，强化传质传热的目的。 此外，某些情况下，这些附件的功能可由其它非附件工艺接管实现，如传热蛇管可起导流筒的作用；传热挡板、小容积反应器的压料管和热电偶可起挡板作用等 4.2.1搅拌过程的种类 （1）均相液体混合 （2）液一液分散 （3）气一液分散 （4）固一液分散 （5）结晶 （6）固体溶解 （ 7）强化传热 4.2.2搅拌的混合机理 搅拌器运转时，叶轮把能量传给它周围的液体，使这些液体以很高的速度运动起来。当这些高速运动的液体掠过静止或运动速度较低的液体时，产生强烈的剪切作用。 在这种剪应力的作用下，静止或低速运动的液体也跟着以很高的速度运动起来，从而带动所有液体在设备范围内流动。这种设备范围内的循环流动称为“宏观流动”。 由此造成的设备范围内的扩散混合作用称作“主体对流扩散”。 处于高速液流和静止或低速液流界面的液体，由于受到强烈的剪切作用被卷起而形成漩涡。这些高速旋转的漩涡又对它周围的液体造成强烈的剪切作用，从而产生更多的漩涡。众多的漩涡一方面把更多的液体挟带到作宏观流动的主体液流中去，同时形成局部范围内液体快速而紊乱的对流运动，即局部的湍流流动。这种局部范围内的漩涡运动称为“微观流动”。 由此造成的局部范围内的扩散混合作用称作“涡流对流扩散”。 搅拌设备里不仅存在涡流对流扩散和主体对流扩散，还存在分子扩散，其强弱程度依次减小。实际的混合作用是上述三种扩散作用的综合。 4.2.3循环流量 搅拌器应具有两方面的性能 (1)能产生强大的液体循环流量 所谓液体循环流量是指单位时间内在设备范围内进行循环流动的液体体积，用Q表示。 显然，液体循环流量Q是宏观混合的表征。Q越大，宏观混合效果越好，所需的混合时间就越短。 （2）能产生强烈的剪切作用 剪切作用越强烈，漩涡运动及其所造成的湍流流动就越剧烈，分散的微团尺寸就越小。 要求得到高分散度的搅拌过程，如气一液分散、液一液分散、固体溶解就应该选用能产生强烈剪切作用的搅拌器。 液体循环流量是叶轮的排液量与由它所吸引挟带的液体量之和。 按离心泵原理，叶轮的排液量与叶轮转速的一次方及叶轮直径的三次方成正比。 Q=NQnd3 式中Ｑ—液体循环流量m3/s； ｎ—搅拌叶轮转速1/s; ｄ—搅拌叶轮直径ｍ。 NQ —循环流量数 循环流量数ＮＱ与搅拌雷诺数Res、叶轮型式、叶轮直径、叶片数目等许多因素有关。 当Res》104、有挡板时 推进式搅拌器：NQ=0.68~６.975 涡轮式搅拌器：NQ=1.19~5.655 4.2.4叶轮的剪切性能 搅拌器运转时，叶轮把能量传给液体，叶轮传给单位重量液体的能量称作叶轮的压头，用H表示。 式中 ｕ1—液体离开叶轮的速度，m/s； ｇ—重力加速度m/s2； u—搅拌叶轮的叶端速度m/s 压头H是叶轮所产生的剪切作用大小程度的度量。 4.2.5搅拌功率的分配 搅拌功率Ps与液体循环流量Q、压头H的关系 Ps=ρgQH 上式表明，搅拌功率与叶轮转速的三次方、叶轮直径的五次方成正比。 搅拌功率Ps分为两部分，一部分用于产生液体的循环流动，造成宏观混合；一部分用于产生液体的剪切流动，减少微团的尺寸。 (1) 根据搅拌目的选型 低粘度均相液体混合-推进式搅拌器 非均相液—液分散过程 -涡轮式搅拌器。特别是平直叶涡轮搅拌器 气—液分散过程 -涡轮式搅拌器 固体悬浮操作-固液比重差小优先选择推进式搅拌器 固液比重差大 -选用开启式涡轮搅拌器 固体颗粒对叶轮的腐蚀性较大时，选用开启弯叶涡轮搅拌器 固