化工原理：第四章 液体搅拌

PAGE1PAGE第四章液体搅拌1．采用六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器搅拌某种黏稠液体。该液体密度ρ=1060kg/m3，黏度μ=42Pa·s。搅拌槽直径D=1.2m，叶轮直径d=0.4m。已测得达到预期搅拌效果要求叶端速度uT=2.65m/s。试求叶轮的转速及搅拌功率。解：根据题给条件，借助图4-8中曲线6进行计算。（1）叶轮转速n=r/s=2.11r/s（2）搅拌功率Re==8.52(层流区)由Re=8.52从图4-8中曲线6读得，Φ=9。用式4-11计算P，即P=Φρn3d5=9×1060×2.113×0.45W=918W或用式4-10计算N，取K1=71则 P=K1μn2d3=71×42×2.112×0.43W=850W2．用例4-1附图中所示的搅拌槽来搅拌固体颗粒在20℃水中的悬浮液。固相密度ρs=1600kg/m3，体积分数xν=0.12。槽内径D=3m，叶轮转速n=1.5r/s。试求搅拌功率P。解：对于悬浮液，用平均密度ρm和黏度μm作为物料的物性参数，采用均相物系搅拌功率的方法进行计算。20℃水的物性参数为ρ=998.2kg/m3，μ=1.005mPa·sρm=ρsxv+（1–xv）ρ=[1600×0.12+(1–0.12)×998.2]kg/m3=1070kg/m3ε==0.1364＜1μm=(1+2.5ε)μ=(1+2.5×0.1364)×1.005mPa·s=1.348mPa·sRe===1.19×106(湍流区)查图4-8中的曲线6得到，Φ=PN=6.6则P=Φρn3d5=6.6×1070×1.53×15W=23.83×103W≈24kW3．在习题2的搅拌设备中搅拌密度ρ=880kg/m3，黏度μ=0.66Pa·s的均相混和液，要求叶轮的叶端速度uT不低于5m/s，槽内径D仍为3m。试比较全挡板条件和不安装挡板的搅拌功率。解：借助图4-8中的曲线6和5进行计算。d=D=×3m=1mn===1.59（1）全挡板条件下的搅拌功率Re===2120（过渡区）由Re值查图4-8中的曲线6，得Φ=PN=5.0则P=Φρn3d5=5.0×880×1.593×15=17.7×103W=17.7kW（2）无挡板条件下的搅拌功率用式4-12计算N，式中Φ=1.9，ζ1=1，ζ2=40则P=Φρn3d5FryFr==0.2577y===–0.0582∴P=1.9×880×1.592×13×0.2577–0.0582kW=7.273×103kW≈7.3kW4．在直径D=1.8m的“标准搅拌槽”内搅拌假塑性流体。叶轮转速n=2r/s；液体密度ρ=1070kg/m3，操作条件下液体的表观黏度可用下式计算，即μa=K(kn)m-1式中K—稠度指数，Pa·sm,对该流体，K=50.6Pa·sm；k—系数，量纲为一，本例取为13；m—流性指数，量纲为一，本例取m=0.5；n—叶轮转速，r/s。试求搅拌功率。解：Pa·sRe===77.64由Re值从图4-10查得PN=3.5则P=PNρn3d5=3.5×1070×23×0.65W=2.33×103W=2.33kW5．拟设计一“标准”构形的搅拌设备搅拌某种均相混合液，槽内径为2.4m，混合液密度ρ=1260kg/m3，黏度μ=1.2Pa·s。为了取得最佳搅拌效果，进行三次几何相似系统中的放大试验。实验数据如本例附表1所示。试根据实验数据判断放大准则，并计算生产设备的叶轮转速及搅拌功率。习题5附表1试验模型的结构参数与操作参数试验编号槽径D/mm叶轮直径d/mm转速备注123200400800671352701360675340满意的搅拌效果解：（1）判断放大基准根据试验数据计算各放大基准的相对值列于本题附表2习题5附表2各放大基准的相对值放大准则1号槽2号槽3号槽Re∝nd2P/V∝n3d2Q/H∝d/nuT∝nd6.105×1061.129×10134.93×10-29112012.3×1075.605×10120.2911252.48×1072.865×10120.79491800从上表看出，应以保持叶端速度不变为放大基准。（2）生产设备的搅拌器转速及搅拌功率==4.771m/s同理=4.771m/s及