聚合反应工程课件_12

1、第五节第五节 非牛顿流体流变性的测量非牛顿流体流变性的测量 研究牛顿流体的流变性能，主要通过实验测定流动曲线，流变性能的测定借助于粘度计或流变仪。 牛顿流体由于/为常数，测定一点即可以算出黏度。非牛顿流体，由于表观粘度a 随着剪切应力或者剪切速率而变化，必须测一系列的或者数据，才能得到流动曲线。 常用的流变测定仪有：落球粘度计、锥板粘度计、旋转圆筒粘度计及毛细管挤出粘度计等。1、落球粘度计vStgdss)(18295. 009. 2104. 21 53DdDdDdstks)(0dv3剪切速率小球下降速率2、旋转锥板粘度计r0rr0rdr圆板上距圆板中心距离为r该点的线速度：rV 在该点的试样厚

2、度：rrtan在该点的剪切速率：rr3023rM30302323rMrM3、旋转圆筒粘度计旋转粘度计示意图4、毛细管挤出粘度计毛细管挤出粘度计示意图2022年6月14日星期二第五章第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合搅拌聚合釜内流体的流动与混合2022年6月14日星期二机械搅拌式机械搅拌式反应器反应器第一节第一节 概概 述述2022年6月14日星期二接管等）（支座、人孔、手孔、其它结构传动装置密封装置搅拌器搅拌轴搅拌机内构件换热元件筒体搅拌容器总体结构2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二搅拌器的主要用途：搅拌器的主要用途： 1）混合：混合：使两种或多种互溶或不互溶液体技工艺要求

3、 混合均匀，如溶液、悬浮液、乳化等的配制。 2）搅拌：搅拌：使物料强烈地流动，以提高传热、传质速率 3）悬浮悬浮：使小固体颗粒在液体中均匀悬浮、防止沉降等。以达到加速溶解、 4）分散：分散：则使气体、液体在流体中充分分散成细小的气泡或液滴，增加接触面，促进传质或化学反应，并满足聚合物对粒度的要求。 2022年6月14日星期二 搅拌反应器应具有的要求：搅拌反应器应具有的要求： (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)在高粘体系，可以更新表面，促使低分子物排除； (5)加速物料的分散和合并，增大物质的传递速率。2022

4、年6月14日星期二高粘度体系高粘度体系 由于体系的粘度很大，搅拌转速低，物料处于层流状态，不可能有明显的局部剪切作用。控制因素是容积循环速率及低转速。 由于体系的粘度大，靠单一的径向流和轴向流动已不能适应混合的需要，此时需要有较大的面积推动力。随着粘度的增大可依次选用下列搅拌器。 推进式、锚式、螺杆、螺带、特殊型高粘度搅拌器。 2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 a-锚式锚式 bc-框式框式 d-螺带式螺带式2022年6月14日星期二第二节第二节 搅拌釜内流体的流动状况搅拌釜内流体的流动状况 流体的流动状况，简称流况，可以定义为“在整个搅拌容器中流体速度向量的方向”。 在搅拌

5、釜中流体的流况可以分为两个层次：宏观状况与微观状况，它们对搅拌效果起着不同的作用。 2022年6月14日星期二 宏观状况流动也称为宏观流动，而微观状况流动则称为微观流动。 宏观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)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。2022年6月14日星期二搅拌器的流型搅拌器的流型轴向流轴向流液体轴向流入，轴向流出液体轴向流入，轴向流出 特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角小于特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角小于90 如：折叶桨、推进式搅拌器如：折叶桨、推进式搅拌器径向流径向流液体轴向流入，径向

6、流出液体轴向流入，径向流出 特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90 如：平桨搅拌器如：平桨搅拌器切向流切向流物料粘度较低而搅拌器旋转速度较高时，液物料粘度较低而搅拌器旋转速度较高时，液体围绕搅拌轴体围绕搅拌轴 作旋转运动。作旋转运动。发生旋转运动的区域称为发生旋转运动的区域称为“圆柱状回转区圆柱状回转区”为消除圆柱状回转区，通常在釜内设置挡板。为消除圆柱状回转区，通常在釜内设置挡板。2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 微观流动微观流动是指流体以小尺寸(小气泡、液滴分散成更小的液滴)在小范围(气泡、液滴大小的空间)中的湍动状况。 微观流动微观流

7、动是由于搅拌桨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。微观流动的作用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。微观流动也称剪切流动，它促使液体它促使液体细微化达到分散作用细微化达到分散作用。在搅拌桨叶叶端附近在搅拌桨叶叶端附近及挡板处挡板处是微观流动作用最强烈处。 2022年6月14日星期二 搅拌雷诺数与流态搅拌雷诺数与流态 在搅拌釜内，常以桨叶的端速ND作为定性速度，所以搅拌雷诺数定义为： (其中N为搅拌器转速；D为浆的直径；为流体黏度；为流涕的密度)搅拌雷诺数不仅决定搅拌釜内流体流动的流态(层流、过渡流、湍流)

8、，而且对搅拌器的特性和行为也有决定性作用。 2022年6月14日星期二搅拌釜内液流的流态，动力学循环和混合特性曲线2022年6月14日星期二 A区间(NRe10) 液体仅在桨叶附近呈滞流旋转流动，桨叶无液体吐出，釜内的其余部分为液体停滞区(即死角)。 B区间(NRel0) 当雷诺数达数十时，自桨叶端开始有吐出流产生，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)，此时处于层流。 C区间(NRe l001000) 此时处于过渡流态，即在桨叶周围液体为湍流状态，上下循环流动为滞流，随雷诺数增大，其湍动程度增大。 D区间(NRe1000) 整个釜内的上下循环流动都处于湍流状态。 无挡板时会引

9、起旋涡, 有挡板时整釜会处于湍流状态。 当桨叶直径D与釜径T之比DT0.1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。 2022年6月14日星期二 搅拌桨叶的动力特性、循环特性、混合特性，分别用无因次准数表示。2022年6月14日星期二 挡板与导流筒挡板与导流筒 1挡板挡板 当流体粘度不大，搅拌转速较高，而且桨叶放在釜的中心线时，液体将随着桨叶旋转的方向循着釜壁滑动，釜内液体在离心力作用下涌向釜壁，使液面沿袭壁上升，中心部分的液面下降，形成一个漩涡，通常称打漩现象打漩现象。2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 打漩现象消除措施打漩现象消除措施： a. 搅

10、拌轴偏心安装时，能减弱游涡，提 高轴向循环速率; b. 在釜内安装挡板可有效的消除游涡2022年6月14日星期二 挡板 挡板的作用是避免旋 涡现象，增大被搅拌液体 的湍流程度，将切向流动 变为轴向和径向流动，强 化反应器内液体的对流和 扩散，改善搅拌效果。 搅拌反应器的挡板结构搅拌反应器的挡板结构2022年6月14日星期二可有效地防止粘滞液体在挡板处形成死角，以防止固体颗粒的堆积。 在高粘度物料中使用桨式搅拌器时，可安装横挡板以增加掺合作用，挡板宽度可与搅拌叶同宽。2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 2导流筒导流筒 设置导流筒，既可提高釜内流体的搅拌程度，加强桨叶对流体的直接剪切作用，同时又造成一定的循环流型，使釜内所有物料均可通过导流筒内的强烈混合区，提高混合效率。另外由于限定了循环路径，减少了短路机会。 2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 导流筒的作用导流筒的作用 导流筒作用导流筒作用-提高混合效率提高混合效率 一方面提高了对液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液一方面提高了对液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液体的直接机械剪切作用；另一方面由于限定了液体的循环体的直接机械剪切作用；另一方面由于限定了液体的循环路径，确立了充分循环的流型，使器内所有物料