五章液体搅拌与气液混合
化工原理各章节知识点总结
第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。
欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。
定态流动流场中各点流体的速度u 、压强p不随时间而变化。
轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。
流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。
系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。
控制体是采用欧拉法考察流体的。
理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。
粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。
通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。
气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。
总势能流体的压强能与位能之和。
可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。
有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。
伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。
平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原那么的。
动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。
均匀分布同一横截面上流体速度相同。
均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。
层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反响。
定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。
边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。
边界层别离现象在逆压强梯度下，因外层流体的动量来不及传给边界层，而形成边界层脱体的现象。
食品机械与设备—混合与均质机械
第五章 混合和均质机械
例如，某组分在混合物中的含量为50％，经测定其S
值为0.02，而另一种组分在混合物中的含量仅5％，
其S值也是0.02，经验表明，前一种组分在混合物中
均匀分布程度远比后一种好。这是因为S值只与各观测
第三节 液体搅拌机
二、机械式液体搅拌机
其中适用于处理低粘度或中等粘度液体的机械式搅拌机， 一般多按叶片型式和它在容器内的安装方式来分类：
（一）按搅拌叶片型式分类
• 1．桨叶式搅拌机 • 2．涡轮式搅拌机 • 3．旋桨式搅拌机
(二）按液体搅拌机的安装型式分类
• 1．可搬式搅拌机 • 2．立式搅拌机
1 n 1
n i1
(Xi
X
)2
标准偏差S的平方叫做均方根离差 ：
S 2
1 n 1
n i 1
(Xi
X
)2
第五章 混合和均质机械
图5—2表示沿混合机某方向取样，样品中某组分浓度值的 变化曲线
第五章 混合和均质机械
浓度测定值X的密度函数 曲线见图5－3，图中S 值的大小影响了曲线的 形状。
根据公式（5-7) 得到第一种组分在混合物中的均匀度为 96％，而第二种组分的均匀度仅60％。
第五章 混合和均质机械
三、混合机理
两种或两种以上不同组分构成的混合物在混合机或者料罐 内，在外力作用下进行混合，从开始时的局部混合达到整 体的均匀混合状态，在某个时刻达到动态平衡，之后，混 合均匀度不会再提高，而分离和混合则反复交替他进行着。
第三节 液体搅拌机
第三节 液体搅拌机
第三节 液体搅拌机
食工原理-第4章搅拌与混合
=1520kg/m3 m=6.6Pa.s
Re=d2n/m=0.92×5×1520/(6×6.6)=155 由图查得， F0.8，则 Eu=0.8 P= Eun3d5=0.8×1520×53×0.95/63=416W
第三节 均质和乳化
一、概述
胶体分散体系：分散相粒子的大小在0.1~0.001mm之间的体系
第四章 搅拌与混合
1、互溶液体的混合 2、不互溶液体的分散和接触 3、气液接触 4、固体颗粒在液体中的悬浮 5、强化液体与器壁的传热 搅拌既使物料混合，又大大加快了传质和反应； 非均相混合
均相混合
同时起到强化传热的作用。
第一节 混合的基本理论
混合：将两种或两种以上不同物料互相混杂，以达到一定 均匀度的单元操作。
8—搅拌轴
轴向叶轮：
径向叶轮：
二、打旋现象
当转速较高时，轴附近液体会形成较深“漩涡”， 造成各层液体无法均匀混合甚至分层，还可能引入大 量空气，造成搅拌器震动。
抑制“打旋”的措施
1、加设挡板
2、对直径小的容器， 将搅拌器偏心或偏心 倾向安装
三、搅拌功率
1、标准搅拌系统 （1）搅拌槽为圆筒形，平底，或带圆角的平底。 直径=D；
P113.表4-1查α、β值
P Eu n d
3
5
[例4-3]用三叶螺旋桨式标准搅拌系统将维生素浓缩液混入糖
蜜中。叶轮直径0.9m，转速50r/min，槽直径1.8m。已知糖蜜 的粘度为6.6Pa.s，密度为1520kg/m3，槽内液层深度2.25m。试
估算所需的功率。
解 d=0.9m n=50r/min=5/6s-1
36.5
33.0 49.0
1.60
1.15 2.75
食品工程原理教学大纲导论精选全文
可编辑修改精选全文完整版《食品工程原理》教学大纲课程编号：041010412适用专业：食品科学与工程学时数：64学分数：4.0执笔者：花旭斌编写日期：2006年12月一、课程的性质和目的食品工程原理研究和介绍食品工业生产中传递过程与单元操作的基本原理、内在规律、常用设备及过程的计算方法。
食品工程原理是食品科学与工程专业的一门重要专业基础课程。
通过学习本课程，要求学生掌握动量、热量和质量传递的基本原理，运用这些理论并结合所学的物理化学和数学等基础知识，研究食品加工过程中各种单元操作的内在规律和基本原理。
熟悉典型单元操作设备的构造、工作原理和工艺和计算。
主要的单元操作包括：流体输送与压缩、制冷技术、过滤、沉降、离心分离、固体流态化、气力输送、传热、蒸发、气体吸收、蒸馏和物料干燥等。
培养学生具有针对食品生产实际，正确选择适合的单元操作的能力；组成和完善生产工艺过程的能力；正确进行过程的物料衡算、能量衡算和设备选型配套设计计算的能力。
在实验教学中，培养学生严谨认真的科学态度，重视实验操作技能的训练，掌握实验数据的整理和分析方法。
在工程设计计算中会正确查阅工程手册中各种工程图表，获取设计计算有关参数。
二、课程的教学内容和学时分配绪论（1学时）教学内容：食品工程原理课程的性质和地位，现代食品工业的特点，食品工程与化学工程的关系，食品工程原理课程的特点、内容及任务教学要求：理解食品工程原理课程的性质和地位，食品工程原理课程的特点、内容及任务，现代食品工业的特点，掌握单元操作中常用的基本概念、单位换算重点：单元操作中常用的基本概念，单位制及量纲分析难点：量纲分析第1章流体流动与输送（13学时）教学内容：流体的物理性质及作用在流体上的力，流体静力学基本方程式及其应用，流体流动的基本方程，管内流动及管路计算，流速及流量的测量，非牛顿流体，液体输送设备，气体压缩和输送设备教学要求：1、理解流体的主要物理性质、作用在流体上的力，掌握流体静力学基本方程式及其应用2、掌握稳定流动、流速与流量、连续性方程，3、掌握理想不可压缩流体的能量守恒—柏努利方程式，柏努利方程的应用，实际流体稳定流动的能量守恒4、管内流动及管路计算掌握流动类型及其判别，掌握流体在圆直管内流动的沿程阻力及计算，计算圆直管沿程阻力的通式，滞留、湍流的流速分布及摩擦阻力系数的确定，掌握管路局部阻力及其计算5、流速及流量的测量掌握毕托管、孔板流量计及文丘里流量计、转子流量计的结构及工作原理，并能正确使用。
生物工程设备第五章 生物反应器的放大与控制
又因为
D ug (VVM ) pL
所以
(VVM )2 ( D1 )23 ( pL2 )
(VVM )1 D2
pL1
QG ug Di2,VL: Di3
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器的放大与控制
生物反应器的放大过程
1）利用实验室规模的反应器进行种子筛选和 工艺试验；
2）在中间规模的反应器中试验（中试），确 定最佳的操作条件；
3）在大型生产设备中投入生产。
放大的重要性
为生物技术产品从实验室到工业生产的关键。
对一个生物反应过程，在不同大小反应器中进行 生物反应虽相同，但三传有明显差别，从而导致 不同反应器中生物反应速率有差别。
放大倍数实际上就是反应器体积的增加倍数
H1 H2 常数 D1 D2
V2 V1
D2 D1
3
m
所以
H2
1
m3
和
D2
1
m3
H1
D1
H1,H2-模型反应器和放大反应器的高度，m；D1,D2-模型反应 器和放大反应器的内径，m；V1,V2-模型反应器和放大反应器 的体积，m3；
（二）以单位体积液体中搅拌功 率相同放大
ug
60Q0 (273 t) 9.8 104
4
Di 2
273
pL
27465.6(VVM )(273 t)VL Di2 pL
Q0
ug pL Di2 27465.6 (273 t)VL
VVM
ug pL Di2
27465.6 (273 t)VL
（四）以空气线速度相同的原则 进行放大
u g1 u g2
欲使整个生物反应器处于最优条件下进行操作， 必须使反应器中每个细胞都处于最优环境之下， 达到整体优化。
液体搅拌与气体混合
○调匀度（S）：各处取样，A的体积分数cVA都
等于cVAO，表明搅拌已达到完全均匀，当高于或
低于cVAO时，表示有偏差， S表示偏离度。
CVA S = CVAO
（ cVA < cVAO）
1- CVA S = 1- CVAO
（ cVA> cVAO）
（ S≤1）
6
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○搅拌釜内样品平均调匀度：
= 1.48×10-6
作业：407P习题1 11
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1.2 过程对混合程度的要求 物料搅拌的混合程度是人为决定的，可以 要求物料混合程度按人们需要进行。不是越 充分越好。 ○过程控制物料搅拌混合程度的影响因素 （1） 互溶液体的调和问题：生产上只要求调 和“宏观”均匀。对分隔尺度无要求。 （2） 两种互溶液体的快速反应：两种互溶液 体的互溶，所以不存在相界面，但是存在着 浓度差异，这种差异肉眼看不见，然而化学 反应进行的速度与分隔尺度成反比，愈小反 应愈快，所以搅拌可以提高反应速度。
调匀度。 湍动主要造成进一步降低分隔尺度， 分子扩散发生在互溶物料混合过程中，可
达到微观混合。 这三者同时交叉发生，共同达到混合目的。
12
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a
b
BA
均相反应示意图
（3）过程控制：由于A和B互溶，搅拌分散达
到一定的调匀度和分隔尺度，此时不存在相 界面，但存在浓度差，但化学反应只能在被 分散到一定程度时，分子扩散速率达到一定 时，才能完成。所以过程速率控制不是控制 化学反应本身，而是取决于A和B分子扩散的 快慢。所以图a反应速度小于b。
S 1+ S 2 +——+ S n
S=
n
搅拌釜
液体搅拌与气液混合相关食品单元操作方面的综述
液体搅拌与气液混合相关食品单元操作方面的综述下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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剪切混合——精选推荐
第五章物料混合机械本章学习目标：⏹了解混合、搅拌及均质的机理及应用特点⏹掌握混合机的结构特点和适用的物料及应用特点⏹掌握胶体磨、高压均质机的结构特点、工作原理和应用特点⏹了解混合均质的检测和计算方法以及影响混合均质度的主要因素第一节基本概念•混合：是指两种或两种以上的不同组分的物料，在外力的作用下运动速度和方向发生改变，使各组分的粒子得以均匀分布。
•混合物的类型：固体+固体；固体+液体；液体+液体；液体+气体；固体+液体+气体，•搅拌：以液体为主的混合叫做搅拌。
第一节基本概念•混合：以干物质为主的固体物料的混合•组分1+组分2+…..组分n 混合物(动平衡）一、混合机械分类●按应用范围来分类：1.混合机和搅拌机：对粉粒状物料和较低粘度的液态物料进行混合，如午餐肉罐头搅拌机2.捏合机和揉合机：高粘度稠浆料和弹性物料进行混合，如和面机和糖蜜搅拌机●均质：边破碎，边混合的操作，其目的使获得均匀的混合物，使得产品的颗粒细微一致，不离析。
如均质机和胶体磨二、混合均匀度的表示方法三、混合机理⏹对流混合⏹剪切混合⏹扩散混合1.对流混合2.剪切混合捏合•对于高黏稠度流变物料如面团和糖蜜等，主要是依靠剪切混合，即捏和。
•作用机理：捏和机工作部件对物料产生的剪切力，使物料拉成愈来愈薄的料层，料层表面出现裂纹，产生层流流动，达到局部混合，谓之剪切混合。
挤压膨化机和绞肉机中的物料在螺杆作用下也产生剪切混合。
3.扩散混合含义：以分子扩散形式或单个粒子为单元向四周作无规律运动，从而增加了两个组分间的接触面积，缩短了扩散平均自由程，达到均匀分布状态。
特点：作用区域较小，混合速度较慢，但混合精度高第二节粉料混合机械1.螺旋环带式混合机2.立式混合机3.立式行星式混合机4.回转容器混合5.回转容器混合6.水平或斜置式回转容器混合机7.V型、对锥型混合机混合质量影响因素及改善措施●物性：物料的大小，形状、密度、附着力、表面粗糙程度、含水量等。
液体的搅拌
第三章液体的搅拌第一节概述化工生产中经常需要进行液体的搅拌，其目的大致可分为：一、加快互溶液体的混合；二、使一种液体以液滴形式均匀分散于另一种不互溶的液体中；三、使气体以气泡的形式分散于液体中；四、使固体颗粒在液体中悬浮；五、加强冷、热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热。
合，形成具有某种均匀程度的混合物的缘故。
实际操作中，一个搅拌器常常可同时起到几种作用。
例如，在气液相催化反应器中，搅拌既使固体颗粒催化剂在液体中悬浮，又使气体以小气泡形式均匀地在液体中分散，大大加快了传质和反应。
与此同时，亦强化了反应热的传递过程。
在工业上达到以上目的最常用的方法是机械搅拌。
机械搅拌的装置如图3-1所示，它由搅拌釜、搅拌器和若干附件所组成。
工业上常用的搅拌釜是一个圆筒形容器，其底部侧壁的结合处应以圆角过渡，以消除流动不易到达的死区。
搅拌釜装有一定高度的液体。
图3-1 机械搅拌的装置简图搅拌器由电机直接或通过减速装置传动，在液体中作旋转运动，其1-搅拌釜；2-搅拌器；3-加料管；4-电机作用类似于泵的叶轮，向液体提供能量，促使液体在搅拌釜中作某5-减速器；6-温度计套管；7-挡板；8-轴种循环流动。
3-1-1搅拌器的类型针对不同的物料系统和不同的搅拌目的，搅拌器的结构型式很多，表3-1列出了几种常用的结构型式。
表3-1所列的各种搅拌器，按工作原理可分为两大类。
一类是以旋桨式为代表，其工作原理与轴流泵叶轮相同，具有流量大，压头低的特点，液体在搅拌釜内主要作轴向和切向运动；另一类以涡轮式为代表，其工作原理则与离心泵叶轮相似，液体在搅拌釜内主要作径向和切向运动，与旋桨式相比具有流量较小、压头较高的特点。
平直叶桨式搅拌器的工作原理与涡轮式相近。
它的叶片较长，通常为2叶，转速较慢，液体的径向速度较小，产生的压头较低。
折叶桨式搅拌器的工作原理则与旋桨式相近，可产生轴向液流。
锚式和框式搅拌器实际上是桨式搅拌器的变型。
它们的旋转半径更大(仅略小于釜内径)，转速更低，产生的压头也更小，但叶片搅动的范围很大。
液体搅拌
3.3 基本内容：
一、搅拌器
1．搅拌器分类 搅拌器类型按工作原理可分两大类： 1）旋浆式：旋浆、螺带式、锚式、框式 2）涡轮式：涡轮、平直叶浆 2．混合效果的度量 混合效果可以用调匀度、分隔尺度来度量 1）调匀度 体积分率
C A0 = I=
VA ，局部取样分析测得体积分率 C A VA + VB
当 C A < C A0 3-1
四、搅拌功率
1．混合效果与功率消耗 功率消耗
P = ρgHqV
28
3-4
增加功率的目的是改善混合效果，但有一个能量合理有效利用的问题，这与浆形、尺寸选择 有关。要提高总体流动，就要提高流量；要加强液团破碎度，就要提高压头。 2．功率曲线 搅拌功率与影响因素的无因次化结果为
d 2 nρ h D P = Ψ , , ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 3 5 ρn d µ d d
混合效果的度量混合效果可以用调匀度分隔尺度来度量调匀度体积分率28由于调匀度与取样尺寸大小有关度量混合效果不够全面因此引入分隔尺度的概念
第三章 液体搅拌
3.1 教学基本要求： （2 学时）
典型的工业搅拌问题；搅拌的目的和方法；搅拌装置，常用搅拌浆的型式，挡板及其它 构件；混合效果的度量（均匀性的标准偏差、分隔尺度） ；混合机理；搅拌功率；搅拌器经 验放大时需要解决的问题。
3）按叶片端部切向速度不变， n1d1 = n2 d 2 ； 4）按
qV d d 不变，即 1 = 2 。 n1 n2 H
3.4 教材习题答案：Fra bibliotek291 2 3
略 P = 38.7W ; P’ = 36.8W d/d1 = 4.64 ; n/n1 = 0.359 ; N/N1 = 100
化工原理 第五章 搅拌机械
二、功率关联式
• 若假定液体混合搅拌器的搅拌槽尺寸和叶轮直径d成比例，则利用前述的结 论，应用因次分析法可得如下功率关联式：
N d 2 n x n 2 d y K( ) ( ) 3 5 n d g
（5-9）
Po K Re x Fr y
（5-10）
Po / Fr y K Re x （5-11）
uT n d
• 以圆盘涡轮式为例，依据末梢速度范围划分的搅拌强度为：
uT =2.5～3.3m/s （低度搅拌）
uT =3.3～4.1m/s （中度搅拌）
uT =4.1～5.6m/s （高度搅拌）
四、搅拌器的液体循环量、压头及功率消耗
• 对于几何相似的叶轮，其排液量、叶轮直径与转速之间有如下关系：
带刮壁机构的导流筒
（二）搅拌装置中液体的流型 • 打漩现象消除后，槽内液体的流型（即流动型式）取决于叶轮的 型式。叶轮旋转时，带动槽内液体进行三维流动（径向、轴向、 周向）且具有随机性。
图5-6径向流型
图5-7 轴向流型
• 根据大致流型的不同，搅拌器可划分为： • 1、径向流型：平叶浆式、圆盘涡轮式、三叶后掠式等。 • 2、轴向流型：推进式及螺旋式（包括螺带式、螺杆式）。 • 3、周向流型：锚式、框式等。
lg Re
（5-20）
• φ 仍通过查取相应的功率曲线，α、β值可查表确定：
四、非均相物系搅拌功率的计算
• 前述搅拌功率计算方法是针对搅拌对象为均相液体而言的。然而，工业 上多数搅拌过程的搅拌对象为非均相系。非均相物系的搅拌功率计算相 比前者要复杂，为简化计算起见，通常将其视为均相系加以计算。 （一）不互溶液―液相的搅拌功率 • 对此类物系按均相液体搅拌功率的计算方法求解，但计算公式中的密度 和粘度需用两相的平均密度和平均粘度替代。 （二）气―液相的搅拌功率 • 由于气泡的存在，使液体的表观密度降低，因而通气搅拌功率Ng比均相 物系搅拌功率N要低。Ng/N的数值取决于通气系数Na的大小。 • 若通气速率为Qg，m3/s，则有
化工生产技术考试模拟题+参考答案
化工生产技术考试模拟题+参考答案一、单选题（共52题，每题1分，共52分）1.输送浓硫酸的喷射器，为了防腐，内壁可采用以下那种材料：( )。
A、聚乙烯塑料B、耐酸陶瓷C、有机玻璃D、环氧树脂正确答案：B2.( )方式在石油化工管路的连接中应用极为广泛。
A、焊接B、法兰连接C、承插连接D、螺纹连接正确答案：B3.利用气体混合物各组分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的操作称为( )。
A、萃取B、蒸馏C、解吸D、吸收正确答案：D4.吸收操作的目的是分离( )。
A、气体混合物B、液体均相混合物C、气液混合物D、部分互溶的均相混合物正确答案：A5.某盐水溶液，无色，加入硝酸银溶液后，产生白色沉淀，加入氢氧化钙并加热，有刺激性气味气体放出。
该盐可能是( )。
A、氯化钠B、醋酸锌C、硝酸汞D、氯化铵正确答案：D6.在压力单位“m 水柱”中，水的温度状态应指( )。
A、0℃B、4℃C、25℃D、20℃正确答案：B7.两股不同组成的料液进同一精馏塔分离，两股料分别进入塔的相应塔板和两股料混合后再进塔相比，前者能耗( )后者。
A、有时大于有时小于B、大于C、小于D、等于正确答案：C8.使用台虎钳时，所夹工件尺寸不得超过钳口最大行程的( )。
A、1/2B、1/3C、2/3D、3/4正确答案：C9.一定流量的水在圆形直管内呈层流流动，若将管内径增加一倍，产生的流动阻力将为原来的( )。
A、1/32B、1/4C、1/8D、1/2正确答案：A10.列管式换热器一般不采用多壳程结构，而采用( )以强化传热效果。
B、翅片板C、折流挡板D、波纹板正确答案：C11.经常采用压料方式放料的反应器是( )。
A、搪瓷釜B、不锈钢釜C、铅釜D、高压釜正确答案：D12.干燥是( )过程。
A、传质B、传热和传质C、传热正确答案：B13.流体运动时，能量损失的根本原因是由于流体存在着。
A、湍流B、黏性C、动能D、压力正确答案：B14.工业上采用的蒸发热源通常为( )。
搅拌、捏合机械与设备培训课件(ppt 64页)
（一）基本结构
搅拌机械的种类较多，但其基
本结构是一致的。其结构如图
6.1所示，主要由搅拌装置、轴
封和搅拌容器三大部分组成，
即：
传动装置
搅 拌 设
搅拌装置 轴封
搅拌轴 搅拌器
备
罐体
搅拌容器 附件
搅拌器
搅拌器（或称搅拌桨）及搅拌轴的主要作用是 通过自身的运动使搅拌容器中的物料按某种特定的 方式流动，从而达到某种工艺要求。所谓特定方式 的流动（流型）是衡量搅拌装置性能最直观的重要 指标。
罐体的容积-径高比
罐体容积由装料量决定，根据罐体容积选择适宜的高径比 ，确定筒体的直径和高度。选择罐体的高径比应考虑物料特性 对罐体高径比的要求、对搅拌功率的影响和对传热的影响等因 素。从夹套传热角度考虑，一般希望高径比取大些。在固定的 搅拌轴转速下，搅拌功率与搅拌器桨叶直径的 5 次方成正比， 所以罐体直径大，搅拌功率增加。需要有足够的液位高度，就 希望高径比取大些。根据上述因素及实践经验，当罐内物料为 液-固相或液-液相物料时，搅拌罐的高径比为 1~1.3 ，当罐内物 料为气-液相物料时，搅拌罐的高径比为1~2。
（3）倾斜式搅拌安装形式
是将搅拌器直接安装在罐体上部边缘处 ，搅拌轴斜插入容器内进行搅拌，如图 6.3（3）所示。
对搅拌容器比较简单的圆筒形或方形敞 开立式搅拌设备，可用夹板或卡盘与筒 体边缘夹持固定。
这种安装形式的搅拌设备比较机动灵活 ，使用维修方便，结构简单、轻便，一 般用于小型设备上，可以防止打漩效应 。
（4）键固定法：浆叶焊在轴套上，轴套与 轴之间销以键固定，能克服以上缺点，被广 泛采用，为了使搅拌更有效，可装置好几排 浆叶，每一排上浆叶为两个或四个，相邻两 排浆叶应互相垂直，以增加搅拌效率，浆叶的大小约为容 器直径的1/3~2/3，宽度为长度的1/10~1/6。转速一般为 20~80转/分，低速搅拌。
柴诚敬《化工原理》笔记和课后习题(含考研真题)详解液体搅拌【圣才出品】
当
时，流体达湍流状态。
（3）搅拌槽内液体的循环量和压头
①排液量和液体的循环量
对于几何相似的叶轮，其排液量 、叶轮直径 d 和转速 n 之间存在如下关系。即
式中 为叶轮的排液量， 。 ②搅拌槽内液体的压头
3 / 16
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压头通常用动压头的倍数来表示，即
4 / 16
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搅拌器叶轮的工作原理类似于离心泵的叶轮，在全挡板条件下，其压头随转速呈平方关 系化。采用小直径叶轮、高转速操作可产生高剪切作用，增加液体湍动。
对于高黏度液体，采用大叶片、低转速近壁型搅拌器，如锚式、框式、螺带式等。螺杆 式搅拌器往往与导流筒联合使用，以提高搅拌效果。
折叶叶轮居径向流和轴向流二者之间，但更接近于轴向流。搅拌槽壁上设置挡板，可产
生轴向流分量。
（2）流体的流动状态
当
时，叶轮周围液体随叶轮旋转作周向流，远离叶轮的液体基本是静止的，属
于完全层流。
当
时，液体的运动达到槽壁，并沿槽壁有少量上下循环流发生，此现象为
部分层流，仍为层流范围。
当
时。桨叶附近的液体已出现湍流，而其外周仍为层流，此为过渡流状态。
式中
（4）增强搅拌槽内液体湍动的措施 增强槽内液体的湍动，即增大液体循环流动的阻力（加大内部剪切力），体现为搅拌压 头的提高和搅拌功率的加大。为强化槽内液体的湍动，可采取如下措施。 ①抑制“打旋”现象的发生 抑制“打旋”现象发生可采取的方法有： a．搅拌槽内设置档板 最常用的挡板是在槽内沿槽壁纵向安装几块阻碍流体环形状流动的条形钢板。挡板可将 切向流动转化为径向流动和轴向流动，并增大被搅拌液体的湍动，从而改善搅拌效果。 槽内设置的其他能阻止水平回转流动的附件，如温度计套管。各种型式的换热器也能起 到挡板作用。 b．破坏液体循环回路的对称性 ②导流筒 当需要控制液体的流动方向和速度以确定某一特定流动场时，可在搅拌槽内设置导流 筒。 导流筒的作用在于加强搅拌器对液体的直接剪切作用，既可有效消除短路现象，又有助 于消除死区，确定充分的循环流型。 ③提高搅拌器转速
第五章 混合
高分子材料在挤出机内的混合过程主要是靠剪切作用来达到的，螺杆旋转时物料在螺槽和料筒间所收到的剪切作用，可以设想为在二个无限长的平行板之间进行。
提高剪切混合效果的因素：
∗剪切速率（γ）↑，混合效果↑；
∗改变剪切方向，混合效果↑。
（3）挤压（压缩）
当物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生由于压缩引起的流动剪切。
这是由于压缩使物料密度增大，剪切时剪应力作用大而引起的。
这种由挤压（压缩）引起的流动在密炼机、开炼机和挤出机中都存在。
NBR/PVC(70/30)
(a)、(b) 粗分散的(c)、(d) 细分散的
一对安装在同一平面内的中空辊筒；
辊筒中间可以通冷热水，或通蒸汽，以便冷却或加热；两辊筒的辊距可调；
工作时两辊相向旋转；
两辊筒转速略有差异，速比（1：1.15 ∼1：1.27）；
四、粉碎和粒化。
混合和搅拌及
5、结构简单，装拆、维修方便，互换性好
组 程大成 限：制多由器为阀等自座组动、成阀。开板启、及导自向柱动、关弹闭簧，和升 分利类：用根重据力开的闭方自式动：阀自称动阀为和重强量制阀。 阀，根利阀据用板阀如弹板盘的簧状形力，状的根特据自点阀：动板盘阀与形称阀、球 为弹簧阀阀阀座和密。环封形接阀触等面的特点，
对于高粘度物料，胶体磨更加适宜。 经加工后，组织状态均匀且有光泽。 如生产可可饮料。
作业题
1. 比较高压均质机和胶体磨的工作原理。
为螺栓连接方式，依靠桨叶 与轴的摩擦力带动桨叶旋转。 这种结构拆卸方便，但功率 大时容易产生打滑现象而不 能正常运转，多用于小功率
设备中。
2．框式与锚式搅拌器
其外形轮廓与容器壁形状相似，底部形状 为适应罐底轮廓，多为椭圆或锥形等。
框、锚式搅拌器
KSB-纯锥底框式
KSA-直锥底框式
MS-锚式
KS-椭圆底框式
桨 (2)搅拌头
2、轴封(防止搅拌头内传动机构中 的润滑油漏入容器内)
3、调和容器 4、机座
第五节 高压均质机
一、概述
(一)、往复泵的工作原理 1、组成：输送液体的泵体部分和将原动机的能量
传给活塞的传动机构。
工作过程：吸入和排出
3、流量比较 单作用往复泵
观作的。重对要指于标食。品搅拌容器，除保证
具体的工艺条件外，还要满足必无须给予重视。
污染。易清洗等专业技术要求。
2）偏心式搅拌安装形式
将搅拌器安装在立式容器的偏心位置，这种安装形式能 防止液体在搅拌器附近产生涡流回转区域，其效果与安 装挡板相近似。
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✓ 佛鲁德准数 n d 2 不变，要求 n2d＝n'2d'
g
✓ 韦伯准数 n 2 d 3 不变，要求 n 2d3＝n′2d′3
✓ 叶轮末梢速度πnd不变，要求 nd＝n′d′
✓ 单位体积流体的功率 N
要求n3d2＝n'3d'2
V
不变，因 N
V
n3d 5 d3
，
5-3 搅拌器的功率
功率关联式
影响搅拌功率的因素 ❖几何因素
制取稳定的乳液的重要因素
HLB疏水 亲基 水 亲 重 基 水 量 重 基量 1重 500量
✓ HLB值一般在1-20之间，以10为亲水、 亲油的分界线
✓ HLB＞10，亲水性 ✓ HLB＜10，亲油性
乳化液的稳定性及影响 其稳定性的主要因素
❖液滴的大小 ❖两相密度差 ❖粘度 ❖粒子的电荷
乳化剂及其作用
5-4 乳化
将两种通常不 互溶的液体进行 密切混合的一种 特殊的液体混合 操作。
✓混合
✓均质化
乳化机理
❖ 乳化剂降低界面能，防止油或水回复原状 ❖ 乳化剂分子膜将液滴包住，可防止碰撞的液滴
彼此又合并
❖ 形成表面双电层，当两 个液滴相互接近时，因 电的相斥作用防止凝聚
乳化机理
❖ 亲水亲油平衡值(HLB)
✓旋桨式和涡轮式
f D0.93H0.6 3d d
非牛顿液体的搅拌功率
❖ 宾哈姆液体的搅拌功率
R Eu N K
d5n3
em
R Rem
1
em
p i
a i
❖ 指数律流体的搅拌功率
d 2n
Rem
a
n'1
a k' dduy
a k'c'n .n'1
❖计算步骤
✓ 首先求表现粘度 ✓ 求C'值 ✓ 最后求功率N
自吸式搅拌器
泵型
倒伞型
翼盘型
表面曝气式的结构型式
本章总结 本章作业
请进入第六章内容
喷 雾 式 碳 酸 化 器
喷 射 雾 化 原 理
喷 射 管
气液混合搅拌器
❖ 通气式气液搅拌器 ❖ 自吸式搅拌器 ❖ 表面曝气式的结构型式
(a) 六直叶圆盘涡轮式 (b) 六弯叶圆盘涡轮式
(c) 六箭叶圆盘涡轮式 (d) 十二叶翼盘涡轮式
通气式气液搅拌器
(a)十字形
(b)三角形 (c)四弯叶形 (d)三棱形
功率曲线
曲线形状与管内摩擦系数的关系曲线相似，在低
。 雷诺数下，所有曲线汇合在一起，为层流区域
搅拌功率准数与雷诺准数的关系
❖ 校正系数 f 计算
当 D ＝ 2.5～4
d
H ＝ 0.6～1.1 d
h ＝ 1/5～1/3
d
✓桨式
f
D1.1H0.64h0.3
3d d d
✓锚式
f D1.1H0.615 h0.3 1.1d 1 d d
❖ 降低两相的界面张力， 使两相接触面积可能大 幅度增加，促进乳化液 微粒化的效用
❖ 利用离子性乳化剂在两 相界面上配位，提高分 散液滴的电荷，加强其 相互排斥力，阻止液滴 的并合
❖ 在分散相的外围形成亲水性(O／W)或亲油性 (W／O)型的吸附层，防止液滴的并合
乳化液形成的方法 ❖凝聚法
❖分散法
❖搅拌器插入方式
常见的是在釜中心轴处垂直插入
❖搅拌器层数
对于高径比较大的搅拌釜，或是液体粘度比较 大的搅拌操作
常用的机械搅拌装置
❖ 由搅拌器、叶轮和若 干辅助部件组成
❖ 搅拌系统的主件是叶 轮
❖ 搅拌装置的性能和消 耗的功率取决于搅拌 液体的物性及搅拌槽 的形状、大小、槽壁 上有无挡板等因素
搅拌器的液体循环量和压头
福田秀雄关联式
0.39
Ng
6.35
N02nd3 Q 0.08
g
5-6 气液混合方法和设备
碳酸化方法和设备
❖ 薄膜式碳酸化器 ❖ 喷雾式碳酸化器 ❖ 喷射式碳酸化器
薄 膜 式 碳 酸 化 器
1.支架 2. CO2入口 3.吸收圆盘 4.容器 5.冷水入口 6.压力表 7.排气管 8.液位计 9.碳酸水出口
确定搅拌釜内液体的流型
R d 2n
em
混合的原理
❖ 对流混合机理
互不相溶组分的混合
❖ 扩散混合机理
互溶组分的混合
❖ 剪力混合机理
高粘度液体的混合
混合速率
❖ 混合过程中物料实际状态与其中组分 达到完全随机分配状态之间的差异消 失的速率
❖ 可用混合质量指标(如σ2、S2、σ等) 中的一种对时间的变化率来表示
❖ 体积流量、压头、功率间的关系
NQHg
u2
✓ 压头H通常可以写成速度头2 g 的倍数 ✓ 叶n2轮d2末成梢正速比度ut∝nd，叶轮产生的液体速度头与 ✓ 体积流量与(nd)×(d2)＝nd3成正比
✓ 代入上式，得
Nn3d5
❖ 功率消耗为一定值的条件下，关系 Q
8
d3
成立
H
搅拌器的选型 ❖选型原则
发育和繁殖所需的溶解氧
气液混合搅拌器的通 气速度和搅拌器转速
❖ 涡轮式搅拌器
最大通气速度与转速之间等的关系
NA
Qg nd3
0.194Fr0.75
搅拌器最低转速n0由下式计算
n0d
g 0.25
1.55
DHy0.5
d
D
c
❖ 自吸式搅拌器
最低搅拌转速n0由下式计算
(ng0Hd)2
c D
✓ 叶轮直径d ✓ 叶片数目、形状及叶片长度和宽度 ✓ 容器直径D ✓ 容器中液体高度H ✓ 叶轮距容器底部距离y ✓ 挡板数目及宽度h
❖物理因素
✓液体的密度ρ、粘度μ、叶轮转速n等
❖ 实验时可借助于因次分析，将功率消 耗和其它参数联系起来
用因次分析法，可得
N
n3d5
Kd2nadgn2b
由
Eu N
n3d 5
d 2n
R
em
Fr dn 2 g
得
R EuK a Frb em
或
R EuK a
Frb
em
ф称为功率因数
❖上述主要无因次数群的意义
功率准数Eu — 也称欧拉准数，含有功率 N，输入的功率代表施加于受搅拌液体的 力
雷诺堆数Rem — 含有粘度μ，代表施加力 与粘性曳力之比
佛鲁德淮数Fr — 含有重力加速度g，代表 施加力与重力之比
五章液体搅拌与气液混合
本章学习目的与要求
通过学习本章内容，学生可以掌握非牛顿流体 间和气液混合体间的各种混合原理，为改善混 合均匀度奠定基础。
要求学生掌握评价物料混合度的各种方法，熟 悉影响液体搅拌功率的因素，并且能够计算搅 拌功率和混合速率等参数。
掌握乳化操作原理。 了解气液混合方法。
❖ 搅拌雷诺数（Rem）
选型时应考虑到过程对流动条件的要求， 按过程的控制因素选择
❖搅拌器的选型
液体的粘度 搅拌器的特性
按粘度选型图
搅拌器的放大
❖几何相似原理
两个大小不同的系统，搅拌釜的形状和搅拌桨 的型式是完全相同的，并且相应各部分几何尺 寸之比等于常数
❖搅拌器的放大
按功率数据的放大
按工艺过程结果的放大
✓ 雷诺准数 n d 2 不变，要求 nd2＝n'd'2
0.11
0.21
❖ 表面嚗气式搅拌器
最低搅拌转速n0由下式计算
n0d
g 0.25
1.55
DHy0.5
d
D
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c
容器通气搅拌功率的计算
❖ 容器不通气时的搅拌功率N0
Eud5 N n0 3Kd2naKReam
❖ 容器通气时的搅拌功率
迈凯尔关联式
Ng
C'
N02nd3 Q 0.56
g
0.45
✓机械强制分散法 ✓同时乳化法 ✓转相法 ✓浆体法 ✓自然乳化法
乳化设备简介
❖搅拌乳化器 ❖胶体磨 ❖均质机 ❖超声波乳化器
胶体磨工作流程
立
式
胶 体 磨
卧 式 胶
体
磨
5-5 气液混合原理
❖目的
✓分离混合气体以获得一定的组分 ✓除去有害成分以净化气体 ✓制备某种气体的溶液 ✓向液体通入空气，保证微生物等生长
✓ 以dσ2／d t表示混合速率
d2
dt
k
2
2
5-2 搅拌器的性能
搅拌器的分类 ❖ 桨叶式
❖ 旋桨式
❖ 涡轮式
开式平叶片段
带叶片圆盘
弯曲叶片
❖ 锚式和框式
❖ 螺带式
搅拌设备的其他结构问题
❖挡板
阻挡液体因搅拌器的转动而随之旋转
❖夹套和蛇管
夹套可增加传热面积，蛇管部分地起到挡板的 作用