新型螺杆的混合理论及机理.ppt

科瑞玛辛螺杆研究中心 北京化工大学硕士论文答辩 混合理论和新型螺杆的混合机理 一、混合理论 ? 混合机理及混合分类 ? 非分散混合 ? 分散混合 混合理论及混合分类 混合的概念： 混合是一种操作，是一个过程，是一种趋向于减少混合物非均匀性的操作过程，或者说，混合是这样一种过程：在整个系统的全部体积内，各组分在其基本单元没有本质变化的情况下的细化和分布。 混合机理和混合分类(续) 混合理论：根据Brodkey的混合理论，混合涉及到三种基本运动形式：分子扩散、涡旋扩散和体积扩散。 混合机理和混合分类(续) 分子扩散： 是指由浓度梯度驱使自发地发生地一种过程，各组分的颗粒由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域。 主要发生在气体和低粘度液体中。 注射成型过程中颜料、发泡剂、抗氧剂等低分子物质与聚合物的混合中。 混合机理和混合分类(续) 涡旋扩散： 也就是紊流扩散。在化工过程中，流体的混合一般是靠系统内产生紊流来实现的。 注射成型过程中，不希望发生紊流，同时物料粘度较大，很少发生涡流扩散。 混合机理和混合分类(续) 体积扩散： 即对流扩散。是指流体质点、液滴或固体离子由系统的一个空间位置向另一空间位置的运动，或两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动，以期达到各组分的均布。 体积对流混合：通过塞流对物料进行体积重新排列，需要物料连续变形，可以是无规的，也可以是有序的； 层流对流混合：即层流混合。通过层流使物料发生变形，混合中，物料受到剪切、拉伸和挤压作用。 混合机理和混合分类(续) 混合过程的要素： 剪切 分流、合并和置换 挤压(压缩) 拉伸 集聚 混合机理和混合分类(续) 混合的分类： 按混合形式分类：非分散混合和分散混合，或广泛混合和强烈混合。 按物料状态分类：固体/固体混合、液体/液体混合和液体/固体混合。 非分散混合 分布性混合：分布性混合分有序分布性混合和无规分布性混合。有序分布性混合用条纹厚度表征混合物的混合状态和混合过程，而无规分布性混合通常用整体均匀度来表征。 1、有序分布性混合： (1)对同心圆筒混合器： (2) 长方体混合模型 如图，长为L、宽为W的条纹层堆积成高为H的立方体。条纹数为n，则所包围的面积A为：A=2nLW 立方体的体积为V： 若V、A一定，则 对三维流动： 2、流变性非均匀流体的层流混合 不同牌号的同一种聚合物的混合； 同一种聚合物两种组成部份(其中一部分含有不同的添加剂)的混合； 不同聚合物的混合； 把一种较低分子量的液体组分混合到一种聚合物中去的混合； 热致非均匀系统的混合。 结论：在少组分中得到的剪切速率 是粘度比 和 的 函数。 当 增加时， 下降，表明粘度比大，变形速率小。因此为了得到较好的混合质量，不能使两种组分的粘度相差太多，而应使其粘度相近或相等，即粘度相近原则。 讨论： 把高粘度的少组分混合到低粘度的多组分与把低粘度的少组分混合到高粘度的多组分中哪个容易哪个难？ 分散混合 分散混合的目的是把少组分的固体颗粒和液相分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或液滴，并均匀地分布到多组分中。 分散混合过程： 1、在流场产生的粘性拖曳下，将大块的固体添加剂破碎为较小的粒子； 2、聚合物在剪切热和传导热的作用下熔融塑化，粘度逐渐降低至粘流态时的粘度； 3、较小粒子克服聚合物的内聚力，渗入到聚合物中； 4、较小粒子在流场剪应力的作用下，进一步减小粒径，直到最终粒子大小； 5、固相最终粒子在流场作用下，产生分布混合，混合均匀； 6、聚合物和活性填充剂之间产生力-化学作用。 物理模型：如右图。将两个连接在一起的颗粒抽象为两个小球，用连接杆将它们连接在一起，两个小球的半径分别为r1和r2，中心距为L，如哑铃状。假设哑铃位于不可压缩的牛顿型流体中，流体的速度场为均匀流场，哑铃的存在没有改变其附近流场，忽略布朗运动，小球半径不等。由于流场对每一个小球粘性拖曳的结果，在连接杆上形成力，该力取决于粘性拖曳的大小和哑铃的取向，当该力超过某一临界值时，两个球就分开，即粒子或