化工原理-第三版-陈敏恒-课件-华东理工内部第03章

3.1概述工业背景(录像)3.1.1搅拌的目的(录像)(1)互溶液体的均匀混合(2)多相物体的分散和接触(jiēchù)气泡分散于液体中液滴分散于不互溶液体中固体颗粒悬浮于液体中(动画)(录像)(3)强化传热第3章液体(yètǐ)搅拌精品资料3.1.2方法机械搅拌气流(qìliú)搅拌、射流搅拌、静态混合、管道混合3.1.3搅拌器的类型按工作原理可分两大类：旋桨式：旋桨(动画)、螺带式(动画)、锚式(动画)、框式(动画)涡轮式：涡轮(图)、平直叶(动画)精品资料3.1.4混合效果的度量（1）调匀(tiáoyún)度I当CA<CA0当CA>CA0平均调匀(tiáoyún)度调匀(tiáoyún)度与取样尺寸有关精品资料（2）分隔尺度分散物质微团尺寸（分隔尺度）的大小与调匀(tiáoyún)度应同时作为搅拌效果的描述指标，对不同的物系，其可能达到的尺度：互溶液体：分子尺度；不互溶液体或气液：只能达到微团尺度，搅拌越激烈微团尺度越小；液固系统：只能大尺度；对多相分散物系，分隔尺度（气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布）是搅拌的重要指标。精品资料（3）宏观混合与微观混合设备尺度混合——总体流动旋涡尺度混合——剪切力场混合效果的度量与考察的尺度有关的。引入混合尺度概念。从设备尺度上考察，两者都是均匀的宏观混合。当考察尺度缩小到微团或最小的旋涡尺度，两者有不同的调均度，即宏观混合有优劣。如从分子(fēnzǐ)尺度来考察，即微观混合，两者都不均匀。真正的微观混合只有依赖于分子(fēnzǐ)扩散，才能达到分子(fēnzǐ)级的均匀。精品资料3.2混合机理3.2.1搅拌器的两个功能（1）总体流动将流体输送到搅拌釜内各处大尺度宏观混合。（2）强剪切或高度湍动产生剪切力场或旋涡小尺度宏观混合，促进微观混合。注意(zhùyì)：流体不是靠桨叶直接打碎的，而是靠高剪切力场撕碎的。精品资料射流(shèliú)现象作用①夹带②剪切,脉动精品资料3.2.2均相液体的混合机理（1）低黏度液体的混合总体流动+高度湍动最小液团尺寸为10μm量级（2）高黏度及非牛顿流体的混合多处于层流(cénɡliú)状态——混合机理主要依赖于充分的总体流动。3.2.3非均相物系的混合机理（1）液滴或气泡的分散精品资料界面张力是抗力，σ大不易分散稳定时，液滴破碎与合并达动态平衡液滴大小分布不均的原因：叶片附近——剪切强度大、液滴小；边角处——剪切强度小、液滴大。措施：①尽量使釜内湍动程度均匀(jūnyún)；②加少量保护胶或表面活性剂，使液滴难以合并。（2）固体颗粒的分散细颗粒——打散颗粒团聚体粗颗粒——全部颗粒离底悬浮操作转速应大于悬浮临界转速精品资料（3）气泡尺度的分布原理基本相同，但气液界面张力比液液(yèyè)界面张力为大，气液密度差大，大气泡易浮升到液面，因此分散更加困难。精品资料（3）搅拌器的性能(xìngnéng)3.3.1常用搅拌器的性能(xìngnéng)（1）旋桨式搅拌器(录像)qV大，H小，轴向流出叶片端速度5~15m/s适于低黏度液体μ<10Pa·s（2）涡轮式搅拌器(录像)qV小，H大，径向流出叶片端速度3~8m/s适于中等黏度液体μ<50Pa·s精品资料（3）大叶片(yèpiàn)低转速搅拌器(录像)锚式、框式、螺带式端部速度0.5~1.5m/s适于高黏度液体、颗粒悬浮液能防止器壁沉积现象（4）性能综述(录像)精品资料旋浆式：（工作原理类似轴流泵叶轮）特点－大流量(liúliàng)、低压头（低剪切，低湍动）；涡轮式：（工作原理类似离心泵叶轮）特点－小流量(liúliàng)、高压头（强剪切，高湍动）；锚式、框式、螺带式：特点－适应于高黏度的流体；精品资料3.3.2强化过程的工程措施(cuòshī)不利因素—抑制；有利因素—调动3.3.2.1不利因素（1）打旋卷入空气电机负荷不稳定液体溢出（2）流体走短路qV不足有死区（3）阻力不足能量加不进、打滑精品资料3.3.2.2工程措施(1)提高转速(zhuànsù)——提高流量qV、压头H(2)加挡板——消除打旋，增加阻力四块挡板——全挡板(录像)(3)偏心安装——破坏循环回路的对称性(录像)精品资料(4)装导流筒——避免(bìmiǎn)短路及死区精品资料3.4搅拌功率3.4.1混合效果与功率消耗功率消耗P=ρgHqV增加功率——改善混合效果能量合理有效利用——与桨形、尺寸选择有关大尺度(chǐdù)：qv大；小尺度(chǐdù)：H大；→P大对搅拌器,要求能消耗更多的功率（如设置挡板）,以获得较好的搅拌效果。（与泵不同）搅拌器设计：不是设法提高效率η，而是设法增加功率P。尽管如此，搅拌装置仍存在能量的有效利用。如需要快速分布，要有大流量；如需要高破碎度，要有高湍动。所以搅拌装置要针对性地设计。精品资料3.4.2功率曲线(录像)（1）影响功率的因素有：搅拌器直径d，叶片(yèpiàn)数，容器直径D，液体高度h，搅拌器离底距离，档板数。P=f(d,ρ,n,μ,h,D…)无量纲化精品资料几何相似(xiānɡsì)条件下，对应边成同一比例，都相同，此时，精品资料（2）功率曲线功率准数K与搅拌雷诺数ReM的关系实验结果为：应用(yìngyòng)条件：几何相似功率P=Kρn3d5精品资料层流区：图3－8所示的搅拌器，C＝71。湍流区:K为常数，与雷诺数无关。图3－9中线1的K＝6.3。上述功率曲线是在单一(dānyī)液体时测定的。对于液～液，液～固系统要进行校核。精品资料精品资料3.4.3搅拌功率的分配当P=Kρn3d5为一定值时或小直径(zhíjìng)，高转速——强剪切力场大直径(zhíjìng)，低转速——大流量转速与直径(zhíjìng)可根据需要而人为调整在同等功率下，加大直径(zhíjìng)降低转速，更多的功率用于总体流动；减小直径(zhíjìng)提高转速，更多的功率用于湍动。根据混合的要求正确选择搅拌器的直径(zhíjìng)和转速，否则也会浪费功率。精品资料3.5搅拌器的放大3.5.1放大过程（设计）小试→中试→工业设计，逐级放大设计中要解决：（1）搅拌器的类型、搅拌釜的形状——看工艺过程特点（2）几何尺寸、转速n、功率P——看放大准则(zhǔnzé)几何相似放大——便于用同一根功率曲线精品资料3.5.2放大准则（1）不变，（2）单位体积能耗不变，,

（3）叶片端部切向速度不变，（4）不变，具体(jùtǐ)要看混合效果，可能这四个准则都不适用，须找新的放大规律。精品资料3.6其他(qítā)混合设备(1)静态混合器(录像)(2)管道混合器(动画)(3)射流混合器(动画)(4)气流搅拌器(录像)精品资料本次(běncì)讲课习题：第三章1~3精品资料工业背景(bèijǐng)返回精品资料搅拌的目的(mùdì)返回精品资料搅拌(jiǎobàn)釜返回精品资料搅拌釜结构(jiégòu)返回精品资料旋桨返回(fǎnhuí)精品资料螺带式返回(fǎnhuí)精品资料锚式返回(fǎnhuí)精品资料框式返回(fǎnhuí)精品资料涡轮返回(fǎnhuí)精品资料平直(pínɡzhí)叶返回精品资料旋桨式搅拌器返回(fǎnhuí)精品资料涡轮式搅拌器返回(fǎnhuí)精品资料大叶片(yèpiàn)低转速搅拌器返回精品资料性能综述(zōngshù)返回精品资料加挡板(dǎnɡbǎn)返回精品资料偏心(piānxīn)安装返回精品资料功率曲线(qūxiàn)返回精品资料静态(jìngtài)混合器返回精