液体搅拌课件

1第一章液体搅拌利用叶轮旋转或其他方式，推动设备内液体按一定流型循环流动，从而使物料混合均匀或使传热传质过程加速的操作称为液体搅拌。液体搅拌可以达到以下目的:（1）互溶液体的搅拌，使两种或数种互溶液体在搅拌作用下达到浓度、温度、密度及其物性的均匀混合。如制备混合物。1第一章液体搅拌利用叶轮旋转或其他方式，推动设备2（2）不互溶液体的搅拌，使两种液体充分乳化、增加相间接触面积，通过分散到达容器内两相液体的均匀状态。如制备悬浮液和乳浊液。（3）固相和液相的搅拌，使固体颗粒悬浮在液相中。如制备均匀的悬浮液。（4）气液相搅拌，使气体成为微细气泡，均匀分散在液相中，形成稳定的分散质。如用于液体吸收气体。（5）强化液体与器壁的传热，减少局部过热，提高传热系数，促进介质的化学反应和物理过程。2（2）不互溶液体的搅拌，使两种液体充分乳化、增加相间3（6）高粘度液体的搅拌，如制造稠厚的乳剂、软膏和糊状物类的药品。液体搅拌主要有机械搅拌、气流搅拌和射流混合等。制药工业上最常用的是机械搅拌。典型的机械搅拌装置如下图所示。3（6）高粘度液体的搅拌，如制造稠厚的乳剂、软膏和糊状445第一节搅拌的机理一、搅拌效果的度量多数搅拌操作均以两种或多种物料的混合为基本目的，常用混合的均匀度作为搅拌效果的评价准则。平均均匀度I混合均匀时I=1；混合不均匀时0<I<1，I偏离1越远，混合越不均匀。二、搅拌机理搅拌的目的是通过搅拌器自身的旋转把机械能传递给液体，造成设备内液体的强制对流，以达到均匀的混合状态。

5第一节搅拌的机理一、搅拌效果的度量二、搅拌机理6液体的强制对流方式有总体循环流动和湍流运动（湍动）两种。搅拌器的功能是提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态。它通过自身（叶轮）的旋转把机械能传递给液体，带动液体作圆周运动，同时也因桨叶型式不同形成轴向、径向流动。这样，一方面在搅拌器附近产生强剪切或湍动，形成高度湍流的充分混合区；另一方面产生一股高速射流，推动全部液体沿一定途径在罐内循环流动，这种大范围的流动称为总体流动，如图2-2所示。

6液体的强制对流方式有总体循环流动和湍流运动（湍动）778总体流动将液体破碎成较大液团并带至罐内各处，更小尺度上的混合则是由高度湍动液流中的旋涡造成。1、罐内的总体流动与大尺度的混合总体流动的途径复杂,不同型式的搅拌器所形成的途径各不相同。旋桨式搅拌器形成的罐内总体流动——图2-3涡轮式搅拌器形成的罐内总体流动——图2-48总体流动将液体破碎成较大液团并带至罐内各处，更小尺99101011要使总体流动能够促进罐内液体大尺度均匀混合，必须使总体流动充至罐内各处，消除不流动的死区。加大循环量有利于提高大尺度上混合的均匀度。

2、强剪切、高度湍动与小尺度的混合当叶轮旋转产生的高速液流通过静止或运动速度较低的液体时，高速液体和低速液体在交界面及其附近产生速度梯度，使界面附近的液体受到强烈的剪切作用。

11要使总体流动能够促进罐内液体大尺度均匀混合，必须12低粘度流体——产生大量旋涡。高粘度液体——罐内只作层流流动。

总体流动的特点是液体以相当于或略小于设备尺寸的尺度运动，且有一定的流动方向，流动范围大。

湍流运动的特点则是以很小的微团尺度运动，运动距离很短，且又不规则。12低粘度流体——产生大量旋涡。总体流动的特13

湍流运动造成的混合速度远比总体流动所造成的混合速度快。实际的搅拌所造成的混合过程是总体流动、湍流运动及分子扩散等的综合作用。13湍流运动造成的混合速度远比总体流动所造成的混合速14第二节搅拌器一、搅拌器的类型及其性能（一）搅拌器的类型

1、按工作原理分为

轴向流搅拌器如螺旋桨式叶轮径向流搅拌器如涡轮式叶轮前者使液体作轴向和切向流动，后者使液体作径向和切向流动。14第二节搅拌器一、搅拌器的类型及其性能（一）搅拌器的类15按工作原理分类类型特点液体流动状况典型代表轴向流搅拌器流量大，压头低在搅拌罐内主要作轴向和切向流动螺旋桨式径向流搅拌器流量较小，压头较高在搅拌罐内主要作径向和切向流动涡轮式15类型特点液体流动状况典型代表轴向流搅拌器流量大，压头低在162、按搅拌器性能分类根据搅拌器的旋转直径和转速

小直径高转速搅拌器如：螺旋桨式和涡轮式大直径低转速搅拌器如：桨式、锚式、螺带式小直径高转速搅拌器适用于液体粘度较低的场合，大直径低转速搅拌器适用于液体粘度较高的场合。162、按搅拌器性能分类17按搅拌器性能分类类型特点适用范围典型代表小直径高转速搅拌器叶片面积小，转速高液体粘度较低的场合螺旋桨式和涡轮式大直径低转速搅拌器叶片面积大，转速低，搅动范围大液体粘度较高的场合桨式、锚式、螺带式、框式17类型特点适用范围典型代表小直径高转速搅拌器叶片面积小，转18(二)几种常用搅拌器的性能1、螺旋桨式搅拌器结构简单，安装容易，转速高，搅拌器直径一般取搅拌罐内径的0.2～0.5倍，叶片端部的圆周速度一般为5～

15m/s。适用于低粘度（μ<2Pa·s）液体的搅拌。常用于大尺度均匀混合的场合，如互溶液体的混合，固体的混悬，强化搅拌罐内传热等。18(二)几种常用搅拌器的性能19螺旋桨式搅拌器旋转时，液体在高速旋转的叶轮作用下作轴向和切向运动，当液体离开螺旋桨后作螺旋线运动。轴向分速度使液体沿轴向下流动，当流至罐底时再沿罐壁折回返入旋桨，形成如图2-3所示的总体循环流动。切向分速度使离开桨叶的液体带动容器内整个液体作圆周运动。若液体中含有固体颗粒时，圆周运动还会将颗粒甩向罐壁，并沉积到搅拌罐底部，起着与混合相反的作用，应设法抑制。19螺旋桨式搅拌器旋转时，液体在高速旋转的叶轮作用下2020212、涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器的直径一般为罐内径的0.2～0.5，转速较高，叶片端部的圆周速度一般为4～10m/s。适用于中等和低粘度(μ<50Pa·s)液体的搅拌。常用于小尺度均匀的搅拌过程，对不互溶液体的混合，固体的溶解，固体的混悬效果较好。但不适合处理易分层的物料。212、涡轮式搅拌器2222232324涡轮式搅拌器旋转时，液体作径向和切向运动，并以很高的速度排出。液体的径向分速度，使液体流向壁面，在壁面分为上、下两路返回搅拌器，形成如图2-4所示的总体流动；液体的切向分速度，使搅拌罐内的液体产生圆周运动，应设法抑制。与螺旋桨式搅拌器相比，涡轮式搅拌器所造成的总体流动的回路较曲折，由于排出速度高，桨叶外缘附近形成剧烈的旋涡和较高的剪切力，产生高度湍动，可将液体微团破碎得很细。

24涡轮式搅拌器旋转时，液体作径向和切向运动，并以很253、大直径低转速搅拌器旋桨式和涡轮式搅拌器属于小直径高转速搅拌器，适用于粘度较低的场合。对于高粘度的液体，需采用大直径低转速搅拌器，如桨式、锚式、框式和螺带式（高粘度）等，适用的液体粘度依次变大。（1）桨式搅拌器桨式搅拌器的桨叶尺寸大，转速低，其旋转直径约为搅拌罐内径的0.35～0.9倍

，叶片宽度为其旋转直径的1/10～l/4，叶片端部的圆周速度为1～5m/s

。

分为平直叶桨式搅拌器、斜叶桨式搅拌器。253、大直径低转速搅拌器26桨式搅拌器的径向搅拌范围大，可用于粘度较高的液体搅拌。罐内液位较高时，应采用同一轴装几个浆式搅拌器或平直叶与斜叶式组合的方法。（2）锚式搅拌器和框式搅拌器两者均为桨式搅拌器的改进型。其形状与罐底部相似，旋转直径很大，与罐的内径基本相等，间隙很小，转速很低，叶片端部的圆周速度为1～5m/s。26桨式搅拌器的径向搅拌范围大，可用于粘度较272728框式搅拌器锚式搅拌器28框式搅拌器锚式搅拌器29锚式搅拌器和框式搅拌器搅拌器产生的剪切作用很小，但搅拌范围很大，无死区，适用于高粘度液体的搅拌。尤适用于粥状物料的搅拌，可用来防止器壁沉积现象。但锚式和框式搅拌器基本上不产生轴向流动，轴向混合效果较差。（3）螺带式搅拌器其旋转直径不小于搅拌罐内径的9/10，叶端圆周速度小于2m/s。这种搅拌器在旋转时能产生液体的轴向流动，使物料上下窜动混合搅匀，混合效果较好。适用于粘度较高、流动性差的物料搅拌。29锚式搅拌器和框式搅拌器搅拌器产生的剪切作用很小，30二、搅拌器的强化措施

湍流运动的混合效果远比总体流动好。因此，要想强化搅拌器的作用，就应设法提高液体的湍流运动程度。当液体循环流动中所产生涡流运动越剧烈，湍动程度越高，环路中所消耗的能量也就越大。因此，提高搅拌器向液体提供的能量，增加液体的湍动程度，则可以提高液体的混合效果，常用的强化措施有：30二、搅拌器的强化措施311、提高搅拌器转速搅拌器叶轮在旋转时产生的压头H与转速n的关系：

H∝n2d2

提高转速就可以提高H，进而提高搅拌器向液体提供的能量，增加湍动程度，提高混合效果。2、抑制搅拌槽内的“打旋”现象

“打旋”现象：液体在离心力作用和切向流作用下形成漏斗形的旋涡，搅拌器转速越大则旋涡下凹深度也越大，这种流动状态称为“打旋”现象。311、提高搅拌器转速2、抑制搅拌槽内的“打32发生“打旋”现象后，几乎不产生轴向混合作用，使叶片与液体的相对运动减弱，混合效果变差。32发生“打旋”现象后，几乎不产生轴向混合作33为抑制“打旋”现象的发生，通常采用如下方法：（1）在搅拌槽内安装挡板沿槽壁面垂直安装四块条形挡板，上端高出液面，下端通到槽底，宽度约为槽径的1/10。加设挡板后，将切向流动转化为轴向流动和径向流动，同时液流在挡板后造成旋涡，这些旋涡随主体流动遍及全罐，增大了被搅拌液体的湍动程度，提高了混合效果；同时，自由表面的下凹现象基本消失，可完全消除“打旋”现象，但搅拌功率却要成倍增加。33为抑制“打旋”现象的发生，通常采用如下方法：343435将搅拌器偏心或偏心倾斜安装，借以破坏循环回路的对称性，增加旋转运动的阻力，可有效阻止圆周运动，增加湍动，产生与设置挡板相似的效果。（2）破坏循环回路的对称性（i）偏心式搅拌由于搅拌器不安装在罐内的中心线上，见图(a)，使液流各点处压力不同，因而使液层间的相对运动加强，增加了液层间的湍动，防止了液面下凹，有效地防止“打旋”现象，使搅拌效果明显提高。35将搅拌器偏心或偏心倾斜安装，借以破坏循环回路的对36但偏心搅拌容易引起振动，一般适用于小型设备。（ii）倾斜式搅拌搅拌器偏心倾斜安装在罐内，见图(b)。此种搅拌器适用于小型设备。其结构简单，可用于药品等溶解、分散、调节pH值和稀释等。（iii）偏心水平搅拌见图(c)，搅拌轴短而细，轴的稳定性好，降低了安装要求，易于维修，有利于底部出料。其缺点是轴封困难。36但偏心搅拌容易引起振动，一般适用于小型设备。373、控制回流液体的速度和方向在搅拌罐内设置圆筒形导流筒，一方面提高了对筒内液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液体的剪切作用，另一方面可以严格控制回流液体的速度和方向，使罐内的液体均通过导流筒内的剧烈混合区域，从而提高混合效率，消除了短路现象。

373、控制回流液体的速度和方向38对于螺旋桨式搅拌器，导流筒可安装在搅拌器外面，见图(a)；对于涡轮式搅拌器，导流筒可安装在搅拌器上方，如图（b）。38对于螺旋桨式搅拌器，导流筒可安装在搅拌器外面，见39三、搅拌器的选型搅拌器类型的选择，应该在分析搅拌器的功能基础上，根据搅拌目的和被搅拌液体的性质来选择。一台合适的搅拌器，既要满足搅拌目的，也要保证所需功率要小。适于某一种搅拌操作的搅拌器往往有几种类型可供选择，而同一种搅拌器也适用于几种不同的搅拌过程。

一些典型机械搅拌器的结构型式及有关参数见附录十二，可供选型时参考。39三、搅拌器的选型搅拌器类型的选择，应该在分析搅拌40（一）以液体的粘度作为选型的判定因素液体粘度对搅拌状态和功率消耗有很大影响，所以根据液体粘度的大小来选型是一种基本方法。下图中各种曲线是几种典型的搅拌器使用的极限范围。粘度由大到小：锚式、螺带式>桨式>涡轮式>螺旋桨式常用的搅拌器选型方法有以下几种：40（一）以液体的粘度作为选型的判定因素液体粘度对414142(二)根据操作目的和主要影响因素来选型（表3-1）1、低粘度均相液体的混合一般的搅拌器皆可适用。螺旋桨式的循环速率大且消耗功率小，最合适；桨式转速低，功率消耗小，但混合效果不佳；涡轮式的剪切作用强，但其功率消耗大，对于这类混合过程不经济。

2、高粘度均相液体的混合常用大尺寸低转速搅拌器（锚式、框式、螺带式），主要取决于搅拌液的粘度。42(二)根据操作目的和主要影响因素来选型（表3-1）433、分散(非均相液体混合)

涡轮式搅拌器的剪切作用强且循环速率大，用于此类操作效果最好，特别是平直叶的剪切作用比折叶和弯叶的大，更为合适。在分散粘度较大的液体时，可采用弯叶涡轮，以减小能量消耗。

433、分散(非均相液体混合)444、固体混悬在低粘度液体内悬浮容易沉降的固体颗粒时，应选用涡轮式搅拌器。其中又以开启式为最好，因它没有中间的圆盘，不会阻碍桨叶上下的液相混合，特别是弯叶开启式涡轮，桨叶不易磨损，用于固体悬浮更为合适。如固液密度差小，不易沉降，则可采用螺旋桨式。对固液比在50％以上或液体粘度高而不易沉降的，可采用桨式或锚式搅拌器。

444、固体混悬455、固体溶解要求搅拌器既有剪切作用又有循环速率，所以涡轮式是最合适的。螺旋桨式的循环速率大，剪切作用小，可用于小容量的固体溶解。桨式要借助挡板提高它的循环能力。6、气体吸收需要较强的剪切作用、较大的液体循环量和较高的转速，因此涡轮式搅拌器较适宜，尤其是中间圆盘的涡轮式搅拌器为最佳。455、固体溶解467、结晶一般情况下，小直径高转速搅拌器适用于微粒结晶，大直径低转速搅拌器适用于大颗粒定型结晶。

8、传热传热量小时可用夹套罐加热，采用桨式搅拌器；中等传热量可用夹套罐加热，采用桨式搅拌器并加挡板；传热量很大时可用蛇管传热，采用螺旋桨式或涡轮式搅拌器，并加挡板。

467、结晶47第三节搅拌功率一、搅拌器混合效果与功率消耗N=ρgqVH

式中：qV——搅拌器排液量（流量）；

H——搅拌器对单位重量液体所做的功，即压头。

在等功率条件下，采用大直径、低转速搅拌器，更多的功率消耗于总体流动，有利于大尺度上的均匀混合；采用小直径、高转速搅拌器，更多的功率消耗于湍动，有利于小尺度上的均匀混合。47第三节搅拌功率一、搅拌器混合效果与功率消耗48搅拌器的功率与罐内造成的流动状态有关，所以影响流动状态的因素也是影响搅拌功率的因素。与搅拌功率有关的因素可分为几何因素与物理因素两类。

1、影响搅拌功率的几何因素有：(1)搅拌器的直径；(2)搅拌器叶片数量、形状以及叶片长度和宽度；(3)搅拌器内径；二、均相液体的搅拌功率48搅拌器的功率与罐内造成的流动状态有关，所以影响流49(4)搅拌器中所装液体高度；(5)搅拌器距罐底部的距离；(6)挡板数目及宽度。

2、对于均相液体搅拌过程，影响搅拌功率的主要物理因素为：(1)液体的密度ρ；(2)液体的粘度μ；(3)搅拌器转速n；(4)重力加速度g等。3、功率曲线（了解）49(4)搅拌器中所装液体高度；50第四节搅拌器的放大放大：通过小型设备模拟试验所取得的最佳操作条件及搅拌器的工艺参数，经过适当的计算处理，从而获得设计工业生产规模的搅拌装置所需的操作条件和数据的过程。50第四节搅拌器的放大放大：通过小型设备模拟试验51对于一般搅拌装置的放大，要求实验系统（模型）与实际生产系统（原型）之间的相似有：几何相似、流体运动相似、动力学状态相似热相似等。实际上要同时满足这些相似条件是不可能的，但两系统几何相似是相似放大的基本要求。几何相似是指模型与原型相应几何尺寸的比例都相等。搅拌器通常采用两种方法进行放大。一种是按功率数据放大，另一种是按工艺结果放大。前者比后者必须满足的相似条件少。51对于一般搅拌装置的放大，要求实验系统（模52第五节其他类型搅拌器

磁力驱动搅拌器简称磁力搅拌器。其主要特点是利用原动机带动外部永久磁体转动，当外磁体旋转时，通过磁场的作用，驱动封闭在隔离套内的与搅拌轴连接的内磁体同步旋转，从而实现无接触、无摩擦地将扭矩传送到搅拌器，实现搅拌的目的。磁力搅拌器罐内介质处于完全封闭状态，完全无泄漏和污染，能实现高温、高压一、磁力搅拌器52第五节其他类型搅拌器磁力驱动搅拌器53、高真空度、高转数下进行的各种易燃、易爆以及有毒介质的搅拌，特别适用于制药、精细化工以及微生物工程等行业进行试验和生产。53、高真空度、高转数下进行的各种易燃、易爆以及有毒介质的搅54二、液流搅拌器

液流搅拌器是利用循环泵等对液体提供能量，使液体从喷嘴以高速射流的形式喷出，高速射流在静止流体中穿过时，一方面推动其前方的液体运动，另一方面，由于射流边界上存在的高剪切速率造成的大量旋涡会把周围静止的液体挟带到射流中，把动量传递给低速液体，使流体混合。液流搅拌器对压头的要求比较高。下图为大型混合罐用液流搅拌装置示意图。54二、液流搅拌器55大型釜用液流搅拌55大型釜用液流搅拌56三、气流搅拌气流搅拌是向液体中通入气流以搅拌液体的方法：气体通入液层中产生的气泡在液体内上升的过程中所造成的液体湍动可以产生良好的搅拌作用。用于搅拌的气体主要是压缩空气，有时亦采用二氧化碳气体、氮气等。当被搅拌的液体需加热，且允许加入水分时，也可通入水蒸气。气流搅拌装置有鼓泡器和气流搅拌槽。

56三、气流搅拌571、鼓泡器由管壁开有许多小孔的管子构成。鼓泡器安装在容器底部，气体从小孔吹出，在液体中鼓泡。工业应用的鼓泡器是使气泡成串通过液层，借射流的夹带和湍流脉动促使液体混合。2、气流搅拌槽为矿物类物质浸取的常用设备。它是一个带锥底的直立圆槽，通常在中央设置导流筒。从导流筒底部通入的压缩空气，带动筒内矿桨上升。矿桨升至筒口溢出，然后在筒外下降，形成循环流动。571、鼓泡器58将小直径高转速搅拌器与大直径低转速搅拌器的特点、适用范围进行比较，并列举这两种搅拌器的典型代表。作业：58将小直径高转速搅拌器与大直径低转速搅拌器的特点、人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，第一章液体搅拌课件61第一章液体搅拌利用叶轮旋转或其他方式，推动设备内液体按一定流型循环流动，从而使物料混合均匀或使传热传质过程加速的操作称为液体搅拌。液体搅拌可以达到以下目的:（1）互溶液体的搅拌，使两种或数种互溶液体在搅拌作用下达到浓度、温度、密度及其物性的均匀混合。如制备混合物。1第一章液体搅拌利用叶轮旋转或其他方式，推动设备62（2）不互溶液体的搅拌，使两种液体充分乳化、增加相间接触面积，通过分散到达容器内两相液体的均匀状态。如制备悬浮液和乳浊液。（3）固相和液相的搅拌，使固体颗粒悬浮在液相中。如制备均匀的悬浮液。（4）气液相搅拌，使气体成为微细气泡，均匀分散在液相中，形成稳定的分散质。如用于液体吸收气体。（5）强化液体与器壁的传热，减少局部过热，提高传热系数，促进介质的化学反应和物理过程。2（2）不互溶液体的搅拌，使两种液体充分乳化、增加相间63（6）高粘度液体的搅拌，如制造稠厚的乳剂、软膏和糊状物类的药品。液体搅拌主要有机械搅拌、气流搅拌和射流混合等。制药工业上最常用的是机械搅拌。典型的机械搅拌装置如下图所示。3（6）高粘度液体的搅拌，如制造稠厚的乳剂、软膏和糊状64465第一节搅拌的机理一、搅拌效果的度量多数搅拌操作均以两种或多种物料的混合为基本目的，常用混合的均匀度作为搅拌效果的评价准则。平均均匀度I混合均匀时I=1；混合不均匀时0<I<1，I偏离1越远，混合越不均匀。二、搅拌机理搅拌的目的是通过搅拌器自身的旋转把机械能传递给液体，造成设备内液体的强制对流，以达到均匀的混合状态。

5第一节搅拌的机理一、搅拌效果的度量二、搅拌机理66液体的强制对流方式有总体循环流动和湍流运动（湍动）两种。搅拌器的功能是提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态。它通过自身（叶轮）的旋转把机械能传递给液体，带动液体作圆周运动，同时也因桨叶型式不同形成轴向、径向流动。这样，一方面在搅拌器附近产生强剪切或湍动，形成高度湍流的充分混合区；另一方面产生一股高速射流，推动全部液体沿一定途径在罐内循环流动，这种大范围的流动称为总体流动，如图2-2所示。

6液体的强制对流方式有总体循环流动和湍流运动（湍动）67768总体流动将液体破碎成较大液团并带至罐内各处，更小尺度上的混合则是由高度湍动液流中的旋涡造成。1、罐内的总体流动与大尺度的混合总体流动的途径复杂,不同型式的搅拌器所形成的途径各不相同。旋桨式搅拌器形成的罐内总体流动——图2-3涡轮式搅拌器形成的罐内总体流动——图2-48总体流动将液体破碎成较大液团并带至罐内各处，更小尺699701071要使总体流动能够促进罐内液体大尺度均匀混合，必须使总体流动充至罐内各处，消除不流动的死区。加大循环量有利于提高大尺度上混合的均匀度。

2、强剪切、高度湍动与小尺度的混合当叶轮旋转产生的高速液流通过静止或运动速度较低的液体时，高速液体和低速液体在交界面及其附近产生速度梯度，使界面附近的液体受到强烈的剪切作用。

11要使总体流动能够促进罐内液体大尺度均匀混合，必须72低粘度流体——产生大量旋涡。高粘度液体——罐内只作层流流动。

总体流动的特点是液体以相当于或略小于设备尺寸的尺度运动，且有一定的流动方向，流动范围大。

湍流运动的特点则是以很小的微团尺度运动，运动距离很短，且又不规则。12低粘度流体——产生大量旋涡。总体流动的特73

湍流运动造成的混合速度远比总体流动所造成的混合速度快。实际的搅拌所造成的混合过程是总体流动、湍流运动及分子扩散等的综合作用。13湍流运动造成的混合速度远比总体流动所造成的混合速74第二节搅拌器一、搅拌器的类型及其性能（一）搅拌器的类型

1、按工作原理分为

轴向流搅拌器如螺旋桨式叶轮径向流搅拌器如涡轮式叶轮前者使液体作轴向和切向流动，后者使液体作径向和切向流动。14第二节搅拌器一、搅拌器的类型及其性能（一）搅拌器的类75按工作原理分类类型特点液体流动状况典型代表轴向流搅拌器流量大，压头低在搅拌罐内主要作轴向和切向流动螺旋桨式径向流搅拌器流量较小，压头较高在搅拌罐内主要作径向和切向流动涡轮式15类型特点液体流动状况典型代表轴向流搅拌器流量大，压头低在762、按搅拌器性能分类根据搅拌器的旋转直径和转速

小直径高转速搅拌器如：螺旋桨式和涡轮式大直径低转速搅拌器如：桨式、锚式、螺带式小直径高转速搅拌器适用于液体粘度较低的场合，大直径低转速搅拌器适用于液体粘度较高的场合。162、按搅拌器性能分类77按搅拌器性能分类类型特点适用范围典型代表小直径高转速搅拌器叶片面积小，转速高液体粘度较低的场合螺旋桨式和涡轮式大直径低转速搅拌器叶片面积大，转速低，搅动范围大液体粘度较高的场合桨式、锚式、螺带式、框式17类型特点适用范围典型代表小直径高转速搅拌器叶片面积小，转78(二)几种常用搅拌器的性能1、螺旋桨式搅拌器结构简单，安装容易，转速高，搅拌器直径一般取搅拌罐内径的0.2～0.5倍，叶片端部的圆周速度一般为5～

15m/s。适用于低粘度（μ<2Pa·s）液体的搅拌。常用于大尺度均匀混合的场合，如互溶液体的混合，固体的混悬，强化搅拌罐内传热等。18(二)几种常用搅拌器的性能79螺旋桨式搅拌器旋转时，液体在高速旋转的叶轮作用下作轴向和切向运动，当液体离开螺旋桨后作螺旋线运动。轴向分速度使液体沿轴向下流动，当流至罐底时再沿罐壁折回返入旋桨，形成如图2-3所示的总体循环流动。切向分速度使离开桨叶的液体带动容器内整个液体作圆周运动。若液体中含有固体颗粒时，圆周运动还会将颗粒甩向罐壁，并沉积到搅拌罐底部，起着与混合相反的作用，应设法抑制。19螺旋桨式搅拌器旋转时，液体在高速旋转的叶轮作用下8020812、涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器的直径一般为罐内径的0.2～0.5，转速较高，叶片端部的圆周速度一般为4～10m/s。适用于中等和低粘度(μ<50Pa·s)液体的搅拌。常用于小尺度均匀的搅拌过程，对不互溶液体的混合，固体的溶解，固体的混悬效果较好。但不适合处理易分层的物料。212、涡轮式搅拌器8222832384涡轮式搅拌器旋转时，液体作径向和切向运动，并以很高的速度排出。液体的径向分速度，使液体流向壁面，在壁面分为上、下两路返回搅拌器，形成如图2-4所示的总体流动；液体的切向分速度，使搅拌罐内的液体产生圆周运动，应设法抑制。与螺旋桨式搅拌器相比，涡轮式搅拌器所造成的总体流动的回路较曲折，由于排出速度高，桨叶外缘附近形成剧烈的旋涡和较高的剪切力，产生高度湍动，可将液体微团破碎得很细。

24涡轮式搅拌器旋转时，液体作径向和切向运动，并以很853、大直径低转速搅拌器旋桨式和涡轮式搅拌器属于小直径高转速搅拌器，适用于粘度较低的场合。对于高粘度的液体，需采用大直径低转速搅拌器，如桨式、锚式、框式和螺带式（高粘度）等，适用的液体粘度依次变大。（1）桨式搅拌器桨式搅拌器的桨叶尺寸大，转速低，其旋转直径约为搅拌罐内径的0.35～0.9倍

，叶片宽度为其旋转直径的1/10～l/4，叶片端部的圆周速度为1～5m/s

。

分为平直叶桨式搅拌器、斜叶桨式搅拌器。253、大直径低转速搅拌器86桨式搅拌器的径向搅拌范围大，可用于粘度较高的液体搅拌。罐内液位较高时，应采用同一轴装几个浆式搅拌器或平直叶与斜叶式组合的方法。（2）锚式搅拌器和框式搅拌器两者均为桨式搅拌器的改进型。其形状与罐底部相似，旋转直径很大，与罐的内径基本相等，间隙很小，转速很低，叶片端部的圆周速度为1～5m/s。26桨式搅拌器的径向搅拌范围大，可用于粘度较872788框式搅拌器锚式搅拌器28框式搅拌器锚式搅拌器89锚式搅拌器和框式搅拌器搅拌器产生的剪切作用很小，但搅拌范围很大，无死区，适用于高粘度液体的搅拌。尤适用于粥状物料的搅拌，可用来防止器壁沉积现象。但锚式和框式搅拌器基本上不产生轴向流动，轴向混合效果较差。（3）螺带式搅拌器其旋转直径不小于搅拌罐内径的9/10，叶端圆周速度小于2m/s。这种搅拌器在旋转时能产生液体的轴向流动，使物料上下窜动混合搅匀，混合效果较好。适用于粘度较高、流动性差的物料搅拌。29锚式搅拌器和框式搅拌器搅拌器产生的剪切作用很小，90二、搅拌器的强化措施

湍流运动的混合效果远比总体流动好。因此，要想强化搅拌器的作用，就应设法提高液体的湍流运动程度。当液体循环流动中所产生涡流运动越剧烈，湍动程度越高，环路中所消耗的能量也就越大。因此，提高搅拌器向液体提供的能量，增加液体的湍动程度，则可以提高液体的混合效果，常用的强化措施有：30二、搅拌器的强化措施911、提高搅拌器转速搅拌器叶轮在旋转时产生的压头H与转速n的关系：

H∝n2d2

提高转速就可以提高H，进而提高搅拌器向液体提供的能量，增加湍动程度，提高混合效果。2、抑制搅拌槽内的“打旋”现象

“打旋”现象：液体在离心力作用和切向流作用下形成漏斗形的旋涡，搅拌器转速越大则旋涡下凹深度也越大，这种流动状态称为“打旋”现象。311、提高搅拌器转速2、抑制搅拌槽内的“打92发生“打旋”现象后，几乎不产生轴向混合作用，使叶片与液体的相对运动减弱，混合效果变差。32发生“打旋”现象后，几乎不产生轴向混合作93为抑制“打旋”现象的发生，通常采用如下方法：（1）在搅拌槽内安装挡板沿槽壁面垂直安装四块条形挡板，上端高出液面，下端通到槽底，宽度约为槽径的1/10。加设挡板后，将切向流动转化为轴向流动和径向流动，同时液流在挡板后造成旋涡，这些旋涡随主体流动遍及全罐，增大了被搅拌液体的湍动程度，提高了混合效果；同时，自由表面的下凹现象基本消失，可完全消除“打旋”现象，但搅拌功率却要成倍增加。33为抑制“打旋”现象的发生，通常采用如下方法：943495将搅拌器偏心或偏心倾斜安装，借以破坏循环回路的对称性，增加旋转运动的阻力，可有效阻止圆周运动，增加湍动，产生与设置挡板相似的效果。（2）破坏循环回路的对称性（i）偏心式搅拌由于搅拌器不安装在罐内的中心线上，见图(a)，使液流各点处压力不同，因而使液层间的相对运动加强，增加了液层间的湍动，防止了液面下凹，有效地防止“打旋”现象，使搅拌效果明显提高。35将搅拌器偏心或偏心倾斜安装，借以破坏循环回路的对96但偏心搅拌容易引起振动，一般适用于小型设备。（ii）倾斜式搅拌搅拌器偏心倾斜安装在罐内，见图(b)。此种搅拌器适用于小型设备。其结构简单，可用于药品等溶解、分散、调节pH值和稀释等。（iii）偏心水平搅拌见图(c)，搅拌轴短而细，轴的稳定性好，降低了安装要求，易于维修，有利于底部出料。其缺点是轴封困难。36但偏心搅拌容易引起振动，一般适用于小型设备。973、控制回流液体的速度和方向在搅拌罐内设置圆筒形导流筒，一方面提高了对筒内液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液体的剪切作用，另一方面可以严格控制回流液体的速度和方向，使罐内的液体均通过导流筒内的剧烈混合区域，从而提高混合效率，消除了短路现象。

373、控制回流液体的速度和方向98对于螺旋桨式搅拌器，导流筒可安装在搅拌器外面，见图(a)；对于涡轮式搅拌器，导流筒可安装在搅拌器上方，如图（b）。38对于螺旋桨式搅拌器，导流筒可安装在搅拌器外面，见99三、搅拌器的选型搅拌器类型的选择，应该在分析搅拌器的功能基础上，根据搅拌目的和被搅拌液体的性质来选择。一台合适的搅拌器，既要满足搅拌目的，也要保证所需功率要小。适于某一种搅拌操作的搅拌器往往有几种类型可供选择，而同一种搅拌器也适用于几种不同的搅拌过程。

一些典型机械搅拌器的结构型式及有关参数见附录十二，可供选型时参考。39三、搅拌器的选型搅拌器类型的选择，应该在分析搅拌100（一）以液体的粘度作为选型的判定因素液体粘度对搅拌状态和功率消耗有很大影响，所以根据液体粘度的大小来选型是一种基本方法。下图中各种曲线是几种典型的搅拌器使用的极限范围。粘度由大到小：锚式、螺带式>桨式>涡轮式>螺旋桨式常用的搅拌器选型方法有以下几种：40（一）以液体的粘度作为选型的判定因素液体粘度对10141102(二)根据操作目的和主要影响因素来选型（表3-1）1、低粘度均相液体的混合一般的搅拌器皆可适用。螺旋桨式的循环速率大且消耗功率小，最合适；桨式转速低，功率消耗小，但混合效果不佳；涡轮式的剪切作用强，但其功率消耗大，对于这类混合过程不经济。

2、高粘度均相液体的混合常用大尺寸低转速搅拌器（锚式、框式、螺带式），主要取决于搅拌液的粘度。42(二)根据操作目的和主要影响因素来选型（表3-1）1033、分散(非均相液体混合)

涡轮式搅拌器的剪切作用强且循环速率大，用于此类操作效果最好，特别是平直叶的剪切作用比折叶和弯叶的大，更为合适。在分散粘度较大的液体时，可采用弯叶涡轮，以减小能量消耗。

433、分散(非均相液体混合)1044、固体混悬在低粘度液体内悬浮容易沉降的固体颗粒时，应选用涡轮式搅拌器。其中又以开启式为最好，因它没有中间的圆盘，不会阻碍桨叶上下的液相混合，特别是弯叶开启式涡轮，桨叶不易磨损，用于固体悬浮更为合适。如固液密度差小，不易沉降，则可采用螺旋桨式。对固液比在50％以上或液体粘度高而不易沉降的，可采用桨式或锚式搅拌器。

444、固体混悬1055、固体溶解要求搅拌器既有剪切作用又有循环速率，所以涡轮式是最合适的。螺旋桨式的循环速率大，剪切作用小，可用于小容量的固体溶解。桨式要借助挡板提高它的循环能力。6、气体吸收需要较强的剪切作用、较大的液体循环量和较高的转速，因此涡轮式搅拌器较适宜，尤其是中间圆盘的涡轮式搅拌器为最佳。455、固体溶解1067、结晶一般情况下，小直径高转速搅拌器适用于微粒结晶，大直径低转速搅拌器适用于大颗粒定型结晶。

8、传热传热量小时可用夹套罐加热，采用桨式搅拌器；中等传热量可用夹套罐加热，采用桨式搅拌器并加挡板；传热量很大时可用蛇管传热，采用螺旋桨式或涡轮式搅拌器，并加挡板。

467、结晶107第三节搅拌功率一、搅拌器混合效果与功率消耗N=ρgqVH

式中：qV——搅拌器排液量（流量）；

H——搅拌器对单位重量液体所做的功，即压头。

在等功率条件下，采用大直径、低转速搅拌器，更多的功率消耗于总体流动，有利于大尺度上的均匀混合；采用小直径、高转速搅拌器，更多的功率消耗于湍动，有利于小尺度上的均匀混合。47第三节搅拌功率一、搅拌器混合效果与功率消耗108搅拌器的功率与罐内造成的流动状态有关，所以影响流动状态的因素也是影响搅拌功率的因素。与搅拌功率有关的因素可分为几何因素与物理因素两类。

1、影响搅拌功率的几何因素有：(1)搅拌器的直径；(2)搅拌器叶片数量、形状以及叶片长度和宽度；(3)搅拌器内径；二、均相液体的搅拌功率48搅拌器的功率与罐内造成的流