化工原理课件搅拌
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2）流体走短路——qv不足有死区 3）阻力不足——能量加不进、打滑
3.3.2强化湍动的工程措施
（2）工程措施 • 1）提高搅拌器的转速——提高流量qv,压头H • 2）阻止容器内液体的圆周运动 • ①在搅拌釜内装挡板——消除打旋，增加阻力 • ②破坏循环回路的对称性——偏心或偏心倾斜安装
3.3.2强化湍动的工程措施
3.1.2混合效果的度量
（3）宏观混合与微观混合
3.2 混合机理
3.2.1搅拌器的两个功能 （1）釜内的总体流动与大尺度的混合 ——将流
体送到搅拌器内各处，实现大尺度宏观混合。
旋桨式
涡轮式
3.2.1搅拌器的两个功能
（2）强剪切或高度湍动与小尺度的混合 产生旋涡，有利于小尺度宏观混合，促进微
观混合。 注意：流体不是靠叶轮的桨叶直接打碎的，
的液体中 3）使气体以气泡的形式分散于液体中 4）使固体颗粒在液体中悬浮 5）加强冷热流体之间的混合以及强化液体与器壁的
传热
3.1概述
（2）机械搅拌的装置
3.1.1搅拌器的类型
•按工作原理可分两大类：旋桨式和涡轮式
旋桨式
涡轮式
3.1.1搅拌器的类型
3.1.1搅拌器的类型
3.1.2混合效果的度量
• ③装导流筒——避免短路及死区
3.4搅拌功率
3.4.1搅拌器的混合效果与功率消耗
压头：搅拌器对单位重量流体所做之功即为压
头H 搅拌功率P： P=ρgqVH
选用合适的搅拌器是提高能量利用率的重要途 径。
3.4.2功率曲线
（1）影响因素
与搅拌器所需功率有关的因素很多，可分为几何因 素与物理因素两类：
P K n3d 5 K (ReM )
3.4.2功率曲线
（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：
适用条件：几何相似
3. 4 . 3搅拌功率的分配
P
qV
H qV
当P
nd 3, H n2d 2
K n3d 5为一定值时
qV H
d n
qV
d
8
3或
qV
8
n 5
H
H
在等到功率条件下： 大直径，小转速——更多的功率消耗于总体流动，
有利于大尺度上的调匀
小直径，高转速——更多的功率消耗于湍动，有 利于微观混合
转速与直径可根据要求而正确地选择。
3.5搅拌器的放大
小试~中试~工业设计，逐级放大
（1）搅拌器的设计
• 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 • 搅拌器的类型及搅拌釜形状是通过实验确定的。 • 2）几何尺寸、转速功率P ——看放大准则 • 几何相似放大——便于用同一根功率曲线
第3章 液体搅拌
3.1 概述 3.2 混合机理 3.3 搅拌器的性能 3.4 搅拌功率 3.5 搅拌器的放大 3.6 其他混合设备 ●本章以机械搅拌为主,着重讨论混合的机理、搅拌器的选 型、搅拌器所需功率和分配，搅拌器的放大等问题。
3.1概述
（1）搅拌的目的
1）加快互溶液体的混合 2）使一种液体以液滴形式均匀分散于另一种一互溶
1）几何因素： 搅拌器直径d 搅拌器叶片数、叶片形状、叶片长度l及叶片宽度B 容器直径D 容器中所装液体的高度h 搅拌器距离容器底部的距离h1 挡板的数目及宽度b
2）物理因素：液体密度ρ、粘度μ、搅拌器转速n
3.4.2功率曲线
对于特定的搅拌装置，通常以搅拌器的直径d不特征尺
寸，而把其他几何尺寸以无量纲的对比变量来表示。
对于一系列几何相似的搅拌装置，对比变量α1，α2， α3……都为常数，此时：
P f (, , n, d,1,2 )
P
n3d 5
( nd 2
, 1 , 2
)
功率特征数：K
P n3d
5
;搅拌雷诺数：ReM
nd 2
3.4.2功率曲线
对一系列几何相似的搅拌装置，有：
P ( nd 2 )
n3d 5
（1）旋桨式搅拌器
•qv大，H小，轴向流出 •叶片端速度5-15m/s •适于低粘度液体（μ<10Pa.s） •主要形成大循环量的总体流动， 但湍流程度不高。 •主要适用于大尺寸的调匀，尤 其适用于要求容器上下均匀的场 合。大循环量的总体流动冲向釜 底，也有利于固体颗粒的悬浮。
3.3.1几种常用搅拌器的性能
3.5搅拌器的放大
（2）搅拌器的放大准则
3.5搅拌器的放大
逐级放大试验的步骤： 在几个(一般为三个)几何相似大小不同的小型或中 型试验装置中，改变搅拌器转速进行试验，以获得 同样满意的混合效果。然后根据四个准则判定哪一 个放大准则较为适用，并据此放大准则外推求出大 型搅拌器的尺寸和转速。
3. 6其他混合设备
（2）涡轮式搅拌器
•qv小，H大,径向流出 •叶片端速度3-8m/s •适于低黏度或中等粘度 （ μ<50Pa.s）液体搅拌
（3）大叶片低转速搅拌器
•锚式、框式、螺带式 •端部速度0.5-1.5m/s •适于高粘度液体、颗粒悬浮液 •能防止器璧沉积现象
3.3.2强化湍动的工程措施
（1）不利因素
1）打旋 ——卷入空气，电机负荷不 稳定，液体溢出
（1）静态混合器
3. 6其他混合设备
（2）管道混合器
3. 6其他混合设备
（3）射流混合
而是由浆叶附近的高剪切力场撕碎。
3.2.2均相液体的混合机理
（1）低粘度液体的混合 总体流动+高度湍动 最小液团尺寸可达到10μm数量级 （2）高粘度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态下流动，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
• 界面张力是抗力，σ大不易分散； • 稳定时，液滴破碎与合并达到动态平衡 • 液滴大小分布不均的原因： •A、液滴破碎和合并过程之间的抗衡 •B、叶片附近——剪切强度大、液滴小；边角处，剪 切强度小、液滴大
3.2.3非均相物系的混合机理
• 措施: • ①尽量使流体在设备内的湍动程度分布均匀 • ②在混合液中加入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
3.3搅拌器的性能
3.3.1几种常用搅拌器的性能
（1）调匀度
CA0
VA VA VB
I
CA CA0
当CA
CA0
I
1 CA 1 CA0
当CA
CA0
平均调匀度I
1 nnIii源自13.1.2混合效果的度量
（2）分隔尺度
同一个混合状态的调匀度是随所取样品的尺寸而变的， 说明单凭调匀度不能反映混合物的状态。 分隔尺度：气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布。 对多项分散物系，分隔尺度是搅拌操作的重要指标。
3.3.2强化湍动的工程措施
（2）工程措施 • 1）提高搅拌器的转速——提高流量qv,压头H • 2）阻止容器内液体的圆周运动 • ①在搅拌釜内装挡板——消除打旋，增加阻力 • ②破坏循环回路的对称性——偏心或偏心倾斜安装
3.3.2强化湍动的工程措施
3.1.2混合效果的度量
（3）宏观混合与微观混合
3.2 混合机理
3.2.1搅拌器的两个功能 （1）釜内的总体流动与大尺度的混合 ——将流
体送到搅拌器内各处，实现大尺度宏观混合。
旋桨式
涡轮式
3.2.1搅拌器的两个功能
（2）强剪切或高度湍动与小尺度的混合 产生旋涡，有利于小尺度宏观混合，促进微
观混合。 注意：流体不是靠叶轮的桨叶直接打碎的，
的液体中 3）使气体以气泡的形式分散于液体中 4）使固体颗粒在液体中悬浮 5）加强冷热流体之间的混合以及强化液体与器壁的
传热
3.1概述
（2）机械搅拌的装置
3.1.1搅拌器的类型
•按工作原理可分两大类：旋桨式和涡轮式
旋桨式
涡轮式
3.1.1搅拌器的类型
3.1.1搅拌器的类型
3.1.2混合效果的度量
• ③装导流筒——避免短路及死区
3.4搅拌功率
3.4.1搅拌器的混合效果与功率消耗
压头：搅拌器对单位重量流体所做之功即为压
头H 搅拌功率P： P=ρgqVH
选用合适的搅拌器是提高能量利用率的重要途 径。
3.4.2功率曲线
（1）影响因素
与搅拌器所需功率有关的因素很多，可分为几何因 素与物理因素两类：
P K n3d 5 K (ReM )
3.4.2功率曲线
（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：
适用条件：几何相似
3. 4 . 3搅拌功率的分配
P
qV
H qV
当P
nd 3, H n2d 2
K n3d 5为一定值时
qV H
d n
qV
d
8
3或
qV
8
n 5
H
H
在等到功率条件下： 大直径，小转速——更多的功率消耗于总体流动，
有利于大尺度上的调匀
小直径，高转速——更多的功率消耗于湍动，有 利于微观混合
转速与直径可根据要求而正确地选择。
3.5搅拌器的放大
小试~中试~工业设计，逐级放大
（1）搅拌器的设计
• 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 • 搅拌器的类型及搅拌釜形状是通过实验确定的。 • 2）几何尺寸、转速功率P ——看放大准则 • 几何相似放大——便于用同一根功率曲线
第3章 液体搅拌
3.1 概述 3.2 混合机理 3.3 搅拌器的性能 3.4 搅拌功率 3.5 搅拌器的放大 3.6 其他混合设备 ●本章以机械搅拌为主,着重讨论混合的机理、搅拌器的选 型、搅拌器所需功率和分配，搅拌器的放大等问题。
3.1概述
（1）搅拌的目的
1）加快互溶液体的混合 2）使一种液体以液滴形式均匀分散于另一种一互溶
1）几何因素： 搅拌器直径d 搅拌器叶片数、叶片形状、叶片长度l及叶片宽度B 容器直径D 容器中所装液体的高度h 搅拌器距离容器底部的距离h1 挡板的数目及宽度b
2）物理因素：液体密度ρ、粘度μ、搅拌器转速n
3.4.2功率曲线
对于特定的搅拌装置，通常以搅拌器的直径d不特征尺
寸，而把其他几何尺寸以无量纲的对比变量来表示。
对于一系列几何相似的搅拌装置，对比变量α1，α2， α3……都为常数，此时：
P f (, , n, d,1,2 )
P
n3d 5
( nd 2
, 1 , 2
)
功率特征数：K
P n3d
5
;搅拌雷诺数：ReM
nd 2
3.4.2功率曲线
对一系列几何相似的搅拌装置，有：
P ( nd 2 )
n3d 5
（1）旋桨式搅拌器
•qv大，H小，轴向流出 •叶片端速度5-15m/s •适于低粘度液体（μ<10Pa.s） •主要形成大循环量的总体流动， 但湍流程度不高。 •主要适用于大尺寸的调匀，尤 其适用于要求容器上下均匀的场 合。大循环量的总体流动冲向釜 底，也有利于固体颗粒的悬浮。
3.3.1几种常用搅拌器的性能
3.5搅拌器的放大
（2）搅拌器的放大准则
3.5搅拌器的放大
逐级放大试验的步骤： 在几个(一般为三个)几何相似大小不同的小型或中 型试验装置中，改变搅拌器转速进行试验，以获得 同样满意的混合效果。然后根据四个准则判定哪一 个放大准则较为适用，并据此放大准则外推求出大 型搅拌器的尺寸和转速。
3. 6其他混合设备
（2）涡轮式搅拌器
•qv小，H大,径向流出 •叶片端速度3-8m/s •适于低黏度或中等粘度 （ μ<50Pa.s）液体搅拌
（3）大叶片低转速搅拌器
•锚式、框式、螺带式 •端部速度0.5-1.5m/s •适于高粘度液体、颗粒悬浮液 •能防止器璧沉积现象
3.3.2强化湍动的工程措施
（1）不利因素
1）打旋 ——卷入空气，电机负荷不 稳定，液体溢出
（1）静态混合器
3. 6其他混合设备
（2）管道混合器
3. 6其他混合设备
（3）射流混合
而是由浆叶附近的高剪切力场撕碎。
3.2.2均相液体的混合机理
（1）低粘度液体的混合 总体流动+高度湍动 最小液团尺寸可达到10μm数量级 （2）高粘度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态下流动，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
• 界面张力是抗力，σ大不易分散； • 稳定时，液滴破碎与合并达到动态平衡 • 液滴大小分布不均的原因： •A、液滴破碎和合并过程之间的抗衡 •B、叶片附近——剪切强度大、液滴小；边角处，剪 切强度小、液滴大
3.2.3非均相物系的混合机理
• 措施: • ①尽量使流体在设备内的湍动程度分布均匀 • ②在混合液中加入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
3.3搅拌器的性能
3.3.1几种常用搅拌器的性能
（1）调匀度
CA0
VA VA VB
I
CA CA0
当CA
CA0
I
1 CA 1 CA0
当CA
CA0
平均调匀度I
1 nnIii源自13.1.2混合效果的度量
（2）分隔尺度
同一个混合状态的调匀度是随所取样品的尺寸而变的， 说明单凭调匀度不能反映混合物的状态。 分隔尺度：气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布。 对多项分散物系，分隔尺度是搅拌操作的重要指标。