聚合反应工程课件-12课件

第五节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τ/ɣ为常数，测定一点即可以算出黏度μ。非牛顿流体，由于表观粘度μa随着剪切应力或者剪切速率而变化，必须测一系列的τ或者ɣ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ρ剪切速率小球下降速率2、旋转锥板粘度计圆板上距圆板中心距离为r该点的线速度：在该点的试样厚度：在该点的剪切速率：3、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02二月2023第五章搅拌聚合釜内流体的流动与混合02二月2023机械搅拌式反应器第一节概述02二月202302二月202302二月2023搅拌器的主要用途：

1）混合：使两种或多种互溶或不互溶液体技工艺要求混合均匀，如溶液、悬浮液、乳化等的配制。

2）搅拌：使物料强烈地流动，以提高传热、传质速率

3）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：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。02二月2023

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。02二月2023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。02二月202302二月2023

a-锚式bc-框式d-螺带式02二月2023第二节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。

02二月2023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。02二月2023搅拌器的流型轴向流——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90°

如：折叶桨、推进式搅拌器径向流——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90°

如：平桨搅拌器切向流——物料粘度较低而搅拌器旋转速度较高时，液体围绕搅拌轴作旋转运动。发生旋转运动的区域称为“圆柱状回转区”为消除圆柱状回转区，通常在釜内设置挡板。02二月202302二月2023

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，它促使液体细微化达到分散作用。在搅拌桨叶叶端附近及挡板处是微观流动作用最强烈处。02二月2023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；μ为流体黏度；ρ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)，而且对搅拌器的特性和行为也有决定性作用。

02二月2023搅拌釜内液流的流态，动力学循环和混合特性曲线02二月2023A区间(NRe＜10)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(NRe～l0)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(NRel00～1000)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(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。02二月2023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。02二月2023挡板与导流筒

1．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。02二月202302二月2023打漩现象消除措施：

a.

搅拌轴偏心安装时，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02二月2023◆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02二月2023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。02二月202302二月20232．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。02二月202302二月2023●导流筒的作用导流筒作用---提高混合效率一方面提高了对液