第三章液体的搅拌...ppt

《第三章液体的搅拌...ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章液体的搅拌...ppt（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章第三章 液体的搅拌液体的搅拌(2(2课时）课时）主要内容：主要内容：一、液体搅拌的目的一、液体搅拌的目的二、搅拌器的类型二、搅拌器的类型三、混合效果的度量三、混合效果的度量四、混合机理四、混合机理*五、功率及能量分配五、功率及能量分配*六、搅拌器的放大六、搅拌器的放大*七、其他混合设备七、其他混合设备一、一、液体搅拌的目的液体搅拌的目的1、互溶液体的混合、互溶液体的混合 2、不互溶液体的分散和接触不互溶液体的分散和接触 3、使气体以气泡的形式分、使气体以气泡的形式分散于液体中散于液体中4、固体颗粒在液体中的悬浮、固体颗粒在液体中的悬浮5、强化液体与器壁的传热、强化液体与器壁的传热非非均相

2、混合均相混合均相混合均相混合搅拌既使物料混合，又大大加快了传质和反应；拌既使物料混合，又大大加快了传质和反应；同时起到强化传热的作用同时起到强化传热的作用。二、二、搅拌器搅拌器的类型的类型旋桨式旋桨式旋桨旋桨桨式桨式平直叶平直叶、折叶折叶涡轮式涡轮式开启平直叶开启平直叶、开启弯叶开启弯叶、圆盘平直叶圆盘平直叶、圆盘弯叶圆盘弯叶锚式锚式框式框式螺带式螺带式1、按结构型式分类、按结构型式分类P100-1012、按工作原理分类、按工作原理分类旋桨式旋桨式为代表为代表工作原理：去壳轴流泵工作原理：去壳轴流泵特点：流量大、压头低；液体作特点：流量大、压头低；液体作轴向轴向和和切向切向运动运动搅拌器：旋桨

3、式、折叶桨式、螺带式搅拌器：旋桨式、折叶桨式、螺带式涡轮式涡轮式为代表为代表工作原理：去壳离心泵作原理：去壳离心泵特点：流量小、压头高；液体作特点：流量小、压头高；液体作径向径向和和切向切向运动运动搅拌器：平直叶桨式搅拌器：平直叶桨式其它：其它：气流搅拌、气流搅拌、静态混合静态混合管路机械混合管路机械混合、射流混合、射流混合轴流泵工作原理：轴流泵工作原理：轴流泵的工作是以空气动力学中机翼的升力理论为基础的。轴流泵的工作是以空气动力学中机翼的升力理论为基础的。其叶片截面与机翼的形状相似，称之为翼型。根据流体力其叶片截面与机翼的形状相似，称之为翼型。根据流体力学知识，我们知道当流体流过流线型翼型时

4、，会在翼型的首学知识，我们知道当流体流过流线型翼型时，会在翼型的首段处分成两股流，它们分别经过翼型的上表面（即轴流泵叶段处分成两股流，它们分别经过翼型的上表面（即轴流泵叶片工作面）和下表面（轴流泵叶片背面），由于沿翼型下表片工作面）和下表面（轴流泵叶片背面），由于沿翼型下表面的流程要比上表面流程长一些，会造成翼型下面流速大、面的流程要比上表面流程长一些，会造成翼型下面流速大、压力小，上面流速小、压力大，因此流体将对翼型有一个由压力小，上面流速小、压力大，因此流体将对翼型有一个由上向下的作用力，同样，翼型对于流体也将产生一个反作用。上向下的作用力，同样，翼型对于流体也将产生一个反作用。轴流泵就是

5、将翼型叶片倾斜固定在叶轮的轮轴流泵就是将翼型叶片倾斜固定在叶轮的轮毂上，翼型叶片随着轮毂旋转而在流体中绕毂上，翼型叶片随着轮毂旋转而在流体中绕轴做旋转运动，流体相对于翼型叶片就产生轴做旋转运动，流体相对于翼型叶片就产生了绕流，如上所述，翼型叶片将对流体产生了绕流，如上所述，翼型叶片将对流体产生一个由下向上的力，这样在不断高速旋转运一个由下向上的力，这样在不断高速旋转运动的翼型叶片的作用下，流体因获得能量而动的翼型叶片的作用下，流体因获得能量而被提升。被提升。三、混合效果的度量三、混合效果的度量 搅拌效果的评价准则搅拌效果的评价准则调匀度调匀度 均相物系均相物系分隔尺度分隔尺度 非均相物系非均相

6、物系 根据工艺过程目的评价根据工艺过程目的评价强化传热、传质强化传热、传质 传热系数、传质系数的大小传热系数、传质系数的大小促进反应过程促进反应过程 反应转化率反应转化率（CA0为为A的平均体积浓度）的平均体积浓度）取样分析 结果一致，搅拌均匀结果一致，搅拌均匀不一致，未均匀，偏离不一致，未均匀，偏离CA0大，大，差差样品样品CA1、调匀度、调匀度I均相体系：均相体系：表示样品与均匀状态的表示样品与均匀状态的偏离程度偏离程度引入调匀度引入调匀度I：样品与均匀态的偏离程度：样品与均匀态的偏离程度2、分隔尺度、分隔尺度非均相体系非均相体系 如取样体积远大于微团尺寸，两者平均调匀度均接近如取样体积远

7、大于微团尺寸，两者平均调匀度均接近1（宏观均匀）；若样品体积小至与微团尺寸接近（微观而言）（宏观均匀）；若样品体积小至与微团尺寸接近（微观而言），两者有不同的的调匀度。因此引入分隔尺度，作为，两者有不同的的调匀度。因此引入分隔尺度，作为多相分多相分散体系散体系搅拌操作的重要指标。搅拌操作的重要指标。ab对多相分散物系通过搅拌单凭调匀度尚不能反映混合物的状态，对多相分散物系通过搅拌单凭调匀度尚不能反映混合物的状态，它还与分隔尺度它还与分隔尺度(如气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布如气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布）有）有关。关。混合尺度混合尺度的三个层次的三个层次 设备尺度（大尺度）设备尺

8、度（大尺度）流体微团（视分散情况）流体微团（视分散情况）分子尺度分子尺度（依赖于分子扩散）（依赖于分子扩散）宏观混合与微观混合宏观混合与微观混合混合效果的度量与混合尺度有关混合效果的度量与混合尺度有关1、液固物系、液固物系只能达到某种只能达到某种宏观上的均匀宏观上的均匀；2、不互溶液体、不互溶液体剧烈搅拌分散程度提高，剧烈搅拌分散程度提高，小尺度宏观均小尺度宏观均匀匀，不能达到分子尺度上的均匀；，不能达到分子尺度上的均匀；3、互溶液体、互溶液体可达到可达到分子尺度上的均匀分子尺度上的均匀。真正的微观混。真正的微观混合只有通过分子扩散才能达到分子尺度上的均匀性。合只有通过分子扩散才能达到分子尺度

9、上的均匀性。1、搅拌器的两个功能、搅拌器的两个功能（1）总体流动）总体流动促进宏观均匀，促进宏观均匀，大尺度的均匀混合。大尺度的均匀混合。（2）强烈湍动）强烈湍动促进微观均匀，促进微观均匀，小尺度的均匀混合。小尺度的均匀混合。四、混合机理四、混合机理2、均相液体的混合机理、均相液体的混合机理1、低粘度液体的混合、低粘度液体的混合 总体流动总体流动釜中液相形成一个循环流动，将液体破碎成釜中液相形成一个循环流动，将液体破碎成较大液团并被夹带至容器各处，造成宏观上的均匀。较大液团并被夹带至容器各处，造成宏观上的均匀。高度湍动高度湍动总体流动中高度湍动液流中的漩涡生成尺寸很小总体流动中高度湍动液流中的

10、漩涡生成尺寸很小的液团，漩涡尺寸越小，破碎作用越大，形成液团也越小，的液团，漩涡尺寸越小，破碎作用越大，形成液团也越小，而不是桨叶打碎的结果。而不是桨叶打碎的结果。搅拌的效果：搅拌的效果：各部分的湍动也不一样各部分的湍动也不一样不可能完全均匀不可能完全均匀，因为，因为过程中液团破碎与合并过程中液团破碎与合并P大大P小小P大大绕流引起驻点压差，使液滴拉绕流引起驻点压差，使液滴拉长压扁，并被破碎长压扁，并被破碎 P104P104液滴微团液滴微团湍动漩涡使液滴扯开湍动漩涡使液滴扯开2、高粘度及非牛顿流体的混合、高粘度及非牛顿流体的混合主要依赖充分的总体流动主要依赖充分的总体流动原因：高粘度流体在经济

11、的操作范围内不可能原因：高粘度流体在经济的操作范围内不可能获得高度湍动，只能处于层流流动。获得高度湍动，只能处于层流流动。常采用大直径搅拌器，如框式、锚式和螺带式，常采用大直径搅拌器，如框式、锚式和螺带式，上下往复运动的旋转搅拌器，使釜中的剪切力场上下往复运动的旋转搅拌器，使釜中的剪切力场尽可能均匀，效果更佳。尽可能均匀，效果更佳。五、搅拌功率五、搅拌功率1、搅拌器的混合效果与功率消耗、搅拌器的混合效果与功率消耗设计思想：设计思想：设法增加搅拌器的功率，而不是提高效率设法增加搅拌器的功率，而不是提高效率能量的有效利用：能量的有效利用：根据工艺要求选用合适的搅拌器根据工艺要求选用合适的搅拌器强化

12、湍动的措施：强化湍动的措施：提高搅拌器的转速：压头提高搅拌器的转速：压头H 与与n2成正比。成正比。阻止液体的圆周运动：阻止液体的圆周运动：内装挡板（图内装挡板（图3-5）：生成漩涡，防止液面凹陷。）：生成漩涡，防止液面凹陷。破坏循环回路的对称性（偏心、倾斜安装）破坏循环回路的对称性（偏心、倾斜安装）（图（图3-5）：增）：增加旋转运动阻力，增强湍动，消除液面凹陷。加旋转运动阻力，增强湍动，消除液面凹陷。安装导流筒（图安装导流筒（图3-7）：控制流向，消除短路现象和死区。）：控制流向，消除短路现象和死区。湍动强弱可通过搅拌器产生的压头湍动强弱可通过搅拌器产生的压头H 大小反映。大小反映。压头必

13、定全部压头必定全部消耗于循环回路的阻力损失中，消耗于循环回路的阻力损失中，阻力损失越大，说明旋涡运动阻力损失越大，说明旋涡运动越剧烈，内部剪应力越大，湍动程度越高。提高液流的湍动程越剧烈，内部剪应力越大，湍动程度越高。提高液流的湍动程度与增加循环回路的阻力损失是相同的作用。度与增加循环回路的阻力损失是相同的作用。2、功率曲线、功率曲线P107（1）搅拌功率的影响因素）搅拌功率的影响因素(d、D、h、l、B，b）分别表示：搅拌器直径、容器直径、分别表示：搅拌器直径、容器直径、容器中液体的高度、搅拌叶片的长度、容器中液体的高度、搅拌叶片的长度、搅拌叶片的搅拌叶片的宽度、宽度、挡板的宽度）挡板的宽度

14、）；b功率特征数功率特征数搅拌雷诺数搅拌雷诺数由实验测定KReM的关系，绘制特征数K 功率曲线 教材P109.图3-9用以查K值（2）搅拌功率的计算）搅拌功率的计算层流区（层流区（ReM10）（C=71）充分湍流区（充分湍流区（ReM104）步骤：步骤：求求教材教材P109.图图3-9功率曲线功率曲线查查K值值算算P直接用公式代入计算直接用公式代入计算P108（3）搅拌功率的分配）搅拌功率的分配通过调节流量和压头的相对大小，以获取一定的搅拌效果通过调节流量和压头的相对大小，以获取一定的搅拌效果对不同的搅拌目的，可作不同的选择，功率可作不同的分配对不同的搅拌目的，可作不同的选择，功率可作不同的分

15、配讨论：功率讨论：功率P相同条件下相同条件下d，n功率更多地用于总体流动功率更多地用于总体流动大尺度调匀大尺度调匀 d，n功率更多地用于湍动功率更多地用于湍动微观混合微观混合由 知加大直径或降低转速，流量加大直径或降低转速，流量qV变大，实现大尺度调匀变大，实现大尺度调匀加大转速或减小直径，压头加大转速或减小直径，压头H变大，湍动加剧，促进微观混合变大，湍动加剧，促进微观混合结论：六、搅拌器的放大六、搅拌器的放大理论研究不够深入，只能用经验方法逐级放大理论研究不够深入，只能用经验方法逐级放大1、用不同型式的小搅拌釜进行试验确定类型用不同型式的小搅拌釜进行试验确定类型2、按一定准则以几何相似放大按一定准则以几何相似放大3、四个放大准则（四个不变）四个放大准则（四个不变）4、放大试验步骤放大试验步骤放大准则：放大准则：（4 4）保持保持搅搅拌器流量与拌器流量与压头压头比比值值不不变变，放大试验步骤：放大试验步骤：制作几何相似的大小不同装置制作几何相似的大小不同装置调节转速调节转速n，试验达到同样混合效果，试验达到同样混合效果分别计算分别计算并列表并列表比较实验结果（数据相近原则）确定放大准则比较实验结果（数据相近原则）确定放大准则根据几何相似外推直径和转速根据几何相似外推直径和转速参看教材参看教材P111P111例例3-23-2