第五章 搅拌聚合釜内流体.ppt

第五章 搅拌聚合釜内流体 的流动与混合 第一节 概述 在聚合物生产过程中，除聚合釜外，还有许多带有搅拌装置的容器，如原料配制槽、加料罐、凝聚罐、浆料沉析槽和贮槽等。 聚合过程涉及混合。 机械搅拌是混合解决问题的重要装置。 搅拌功能:混合、搅动、悬浮、分散。 混合：使两种或多种互溶或不互溶液体按工艺要求混合均匀的过程。 搅拌：使物料强烈地流动，以提高传热、传质速率的过程。 悬浮：使小固体颗粒在液体中均匀悬浮，以达到加速溶解、强化浸取、促进液固相反应、防止沉降等目的。 分散：使气体、液体在流体中充分分散成细小的气泡或液滴，增加相接触表面，以促进传质或化学反应，并满足聚合物对粒度的要求。 为满足上述要求，搅拌反应器应具有 （1）推动液体流动，混匀物料。 （2）产生剪切力，分散物料，并使之悬浮。 （3）增加流体的湍动，以提高传热速率。 （4）加速物料的分散和合并，增大物质的传递速率。 （5）在高粘体系，可以更新表面，促使低分子物（如水、单体、溶剂等）蒸出。 事实上，搅拌器经常兼有多种功能和作用，例如， 在苯乙烯悬浮聚合过程中，搅拌兼有混合、剪切分散、悬浮及提高传热系数的作用等。 为满足各种生产过程对搅拌不同的要求，搅拌器应具有一定的几何和技术特性： 搅拌桨叶的型式 尺寸 转速 功率消耗 挡板 第五章 搅拌聚合釜内流体 的流动与混合 第二节 搅拌釜内流体的流动状况 搅拌的各种作用均需依靠流体的流动来实现，流体的流动与许多因素有关，如搅拌方式，釜体、搅拌器和釜内构件（挡板、导流筒）的几何型式、尺寸、安装位置，操作条件（转速）及所处理物料的物性等。 流体的流动状况，简称流况， “在整个搅拌容器中流体速度向量的方向”。 搅拌釜中流体的流况： 宏观状况 微观状况 它们对搅拌效果起着不同的作用。 一、循环流动与剪切流动 宏观状况流动（宏观流动)是指流体以大尺寸（凝集流体、气泡、液滴）在大范围（整个釜内空间）中流动状况，所以也称循环流动。 循环流动存在三种典型的流况： 径向流动 轴向流动 切线流动，如图。 径向流动：流体的流动方向垂直搅拌轴，沿径向流动，碰到釜壁转向上、下两股，再回到桨叶端，不穿过桨叶片面形成上、下两个循环流动。 轴向流动：流体的流动方向平行搅拌轴，流体由桨叶推动，使流体向下流动，碰到釜底再翻上，形成上下循环流动。 切线流动：流体绕轴作旋转运动，也称旋转流动，当搅拌转速较高时，液体表面会形成漩涡。 轴向流动及径向流动对混合有利，能起混合搅动及悬浮作用，而切线流动则对混合不利，需设法消除。 微观状况流动（微观流动）是指流体以小尺寸（小气泡、液滴分散成更小的微滴）在小范围（气泡、液滴）中的湍动状况。 微观流动是由于搅拌浆的剪切作用而引起的局部混合作用，它促使气泡、液滴的细微化，最后由于分子扩散达到微观混合。 当搅拌作用于流体时，液体流速的增加，产生速度梯度，使液体变形，同时发生流速的涨落--湍动（小涡旋），它对其中或周围的液体微元产生剪切作用，使其被撕成微滴。微滴的尺寸与涡旋尺寸相同。 微观流动的作用促使局部混合及异相表面更新，对促进传热、传质、分散微粒也有利。 在搅拌桨叶端附近及挡板处是微观流动作用最强烈处。微观流动也称剪切流动，它促使液体细微化达到分散作用。 循环桨叶 剪切桨叶 二、搅拌雷诺数与流态 经常用无因次准数定量地研究搅拌桨叶的特性。包括： 搅拌雷诺数**（釜内流体的粘性力）； 功率准数（动力特性）； 排出流量数（循环特性）； 混合时间数（混合特性） 努塞尔准数（传热特性） 在搅拌釜内，常以桨叶的端速ND作为定性速度，搅拌雷诺数定义为： 式中:D为桨叶直径， N为搅拌器转速， ρ为流体的密度， μ为流体的粘度。 搅拌雷诺数决定: 搅拌釜内流体流动的流态 搅拌器的特性和行为 雷诺数不同，釜内流体流态不同，如图5－4。 A区间（NRe＜10）液体仅在浆叶附近呈滞流旋转流动，浆叶无液体吐出，釜内的其余部分为液体停滞区（即死角）。 B区间（NRe～10）桨叶端有吐出流产生，并引起整个釜内流体的上下循环流动（可能尚存在四周死角），处于层流。 C区间（NRe100～1000）过渡流态，浆叶周围液体为湍流状态，上下循环流仍为滞流，随NRe增大，湍动程度增大。 D区间（NRe＞1000）整个釜内的上下循环流动都处于湍流状态。无挡板时会引起漩涡。 当桨叶直径D与釜径T之比D／T＜0.1时，釜内流体虽为湍流状态，但上下循环流不会遍及整个釜内，易出现死角。