搅拌器聚合釜

⎞ ⎟ ⎟ ⎠
q
⎛ ρND P = KρN D ⎜ ⎜ μ ⎝
3 5 2 3 5
2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
−d
⎛ DN ⎜ ⎜ g ⎝
2
2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
−e
=
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⎛ ρND ⎞ ⎛ DN ⎟ ⎜ = KρN D ⎜ ⎜ 第五章 流动与混合 g μ ⎟ ⎜ ⎝ ⎠ ⎝
p
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
q
13
解方程组得 p q ⎛ ρND 2 ⎞ ⎛ DN 2 ⎞ P a=3-d-2e ⎟ ⎜ ⎟ = K⎜ ⎜ μ ⎟ ⎜ g ⎟ b=5-2d-e 5 ρN 3 D ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ c=1-d 令 NP=P/(ρN3D5) 搅拌功率准数 将a ,b,c代入上式得 NRe= ρND2/μ 搅拌雷诺数 NFr=DN2/g 搅拌弗鲁德准数 P=KN3-d-2e N5-2d-1ρ1-dμdge p p q −d −e N P = KNRe 即 N P = KNRe N Fr⎛ (5-9) 2 ⎞q ⎛ 2 ⎞
U
(5 − 33)
③
④ ⑤
N P = β N ( N Re( n ) ) −1
P = βN μ N D
2
3
β N − 牛顿流体时的系数
2010/3/5 第五章 流动与混合 21
ks的确定： ① 做出NP-NRe图线 ②在假塑性流体中测设定转速N下的功率准数NP(n) ③ 采用①的图线读出NRe(n) ④计算表观粘度μa
2010/3/5 第五章 流动与混合 2
第一节
搅拌釜=搅拌器+釜(罐、槽)
概述 占80%～90%
作用：混合、搅动、悬浮、分散等。 实际上，搅拌兼有多种功能。
搅拌器的作用： ⑴推动液体流动，混匀物料。 ⑵产生剪切力，分散物料，并使之悬 浮。 ⑶增加流动的湍动，以提高传热的效 率。 ⑷加速物料的分散和合并，增大物质 的传递速率。 ⑸在高粘体系中，可以更新表面，促 进低分子物(水、单体、溶剂等)蒸出。
⑷气体吸收及气液相反应 ⑸高粘体系
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第五章 流动与混合
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第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合 要求：掌握搅拌釜内流体的流动状态，搅拌器的 主要形式、结构及选型原则，搅拌桨叶的动力特 性、循环特性和混合特性，低粘、高粘及非牛顿 流体搅拌功率、转速和混合时间的计算。 本章内容：
1. 搅拌釜（搅拌釜的结构，搅拌器的作用） 2.搅拌釜内液体的流动状态 3.搅拌器的构型与选择 4.搅拌功率的计算 5.搅拌器的流动特性和转速的确定 6 .搅拌器的混合特性
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一、 搅拌过程的因次分析和搅拌功率 • 因次分析(P153) 变量：搅拌器转速N、搅拌器桨叶直径D、 液体密度ρ、液体粘度μ、重力加速度g 几何参数（釜径、桨叶宽度、挡板尺寸、 液深）与桨叶直径成正比例， 则搅拌轴功率 P=f (N,D,ρ,μ,g) 指数形式为 P=kNaDbρcμdge
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第五章 流动与混合
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三、非均相体系搅拌功率计算(P157)
采用修正的均相体系搅拌功率计算方法 1. 气－液体系 计算：经验式(Calderbank的研究结果) 2. 液－液、液－固体系 采用混合物的平均物性(如密度、粘度)再套用均相体系搅拌功率计算 方法
四、非牛顿流体的搅拌功率
宾汉流体（较少,如牙膏） 幂律流体或假塑性流体(τ=Kγn)→粘度可变 问题：难于确定釜内流体的粘度和计算搅拌功率 解决：Metzner表观粘度法→表观粘度μa代替粘度 对象：非牛顿流体的搅拌功率的研究绝大多数是以层流为研究对象
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Nqd称为排出流量数或泵送准数
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第五章 流动与混合
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qc=qd+qi
qc称为循环流；qi称为同伴流（或称诱导流）
层流时，qc=qd 湍流时，qc>qd Nqc=qc/ND3 qc Nqc ——循环流量数 Nc=qc/V=NqcND3/V qi tc=1/Nc Nc ——循环次数， tc ——循环时间， qd V ——器内流体体积。 计算：经验式（5-41)~(5-47) Nc是一个很重要的搅拌参数，常用来判别搅拌的强烈程度。
μa =
ρND 2
N Re( n )
⑤ 用流变仪测该流体的流变曲线(τ − γ 线) &
由τ及μ a可得γ& ，如图 av
τ γ& = av μ av
& ⑥ 已知N和γ av , 式(5 − 32)中的k s可得
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第五章 流动与混合
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第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合 要求：掌握搅拌釜内流体的流动状态，搅拌器的 主要形式、结构及选型原则，搅拌桨叶的动力特 性、循环特性和混合特性，低粘、高粘及非牛顿 流体搅拌功率、转速和混合时间的计算。 本章内容：
2010/3/5 第五章 流动与混合 10
P=kNaDbρcμdge 因次式为
ML ⎛ 1⎞ b ⎛ M ⎞ = k⎜ ⎟ (L) ⎜ 3 ⎟ 3 t ⎝L ⎠ ⎝t⎠
2
a
c
⎛ M⎞ ⎜ ⎟ ⎝ Lt ⎠
d
⎛L⎞ ⎜ 2⎟ ⎝t ⎠
e
对M， 1=c+d 对L, 2=b-3c-d+e 对t, -3=-a-d-2e
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普通搅拌 Nc=3~5次/分 强烈搅拌 Nc=5~10次/分 NP/Nqd=1~2时, 为循环型搅拌器 NP/Nqd >3时, 为剪切型搅拌器 二、搅拌转速的确定(P163) • 概述：•••••• • 概念：搅拌的“尺度”和“难度”，搅拌强烈程度的级别 尺度：流体体积VR，即 尺度=（πT2/4)H T—釜直径， H—液位高度 难度：达到搅拌效果所需要克服的阻力，即混合液体的粘 度差和密度差；悬浮粒子的沉降速度
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解方程组得
a=3-d-2e b=5-2d-e c=1-d
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解方程组得
a=3-d-2e b=5-2d-e c=1-d
将a ,b,c代入式得
P=kNaDbρcμdge
P=KN3-d-2e D5-2d-eρ1-dμdge
⎛ ρND P = KρN D ⎜ ⎜ μ ⎝
或
ρND NFr = 1 DN ⎟ ⎜ ⎟ P==NK= NND) ⎜ P ρ Φ f ( Re ⎜ Φ—搅拌功率函数 ⎟ q μ ⎟ ⎜ g ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ NFr
3 5
p Re q Fr
=
⎛ ρND ⎞ ⎛ DN ⎞ N P = KNKN N D ⎜ / T , K B ,θ ......) ⎟ (5 − 10) ⎟ ⎜ = ρ ⎜ 第五章 流动与混合 g ⎟ 2010/3/5 μ ⎟ ⎜ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
聚合反应工程基础
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第五章 流动与混合
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第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合
要点：掌握搅拌釜内流体的流动状态，搅 拌器的主要形式、结构及选型原则，搅拌 桨叶的动力特性、循环特性和混合特性， 低粘、高粘及非牛顿流体搅拌功率、转速 和混合时间的计算。 本章内容：
1. 概述（搅拌釜的结构，搅拌器的作用） 2. 搅拌釜内液体的流动状态 3. 搅拌器的构型与选择 4. 搅拌功率的计算 5.搅拌器的流动特性和转速的确定 6.搅拌器的混合特性
1. 搅拌釜（搅拌釜的结构，搅拌器的作用） 2.搅拌釜内液体的流动状态 3.搅拌器的构型与选择 4.搅拌功率的计算 5.搅拌器的流动特性和转速的确定 6.搅拌器的混合特性
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第五章 流动与混合
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第三节 搅拌器的构型与选择
搅拌器——是实现搅拌操作的设备总称 一、 搅拌器的构型 1. 搅拌器的分类 2. 桨式搅拌器 3. 推进式搅拌器 4. 涡轮式搅拌器 5. 螺杆及螺带式搅拌器 6.三叶后掠式搅拌器 7. 二、 搅拌器的选用 ⑴均相液体的混合 1. 基本要求 ⑵非均相液体的混合——分散操作 2. 一般考虑方法 ⑶固体悬浮 3. 搅拌器类别选择的基本原则
பைடு நூலகம்
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第五章 流动与混合
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功率计算的目的
• 计算搅拌器功率的目的 ⑴ 搅拌功率是衡量搅拌强度的主要物理量 ⑵ 搅拌功率是搅拌器机械设计的基本数据 ⑶ 根据搅拌功率选用电机 • 搅拌器功率的组成 ⑴ 搅拌器推动液体流动所需的能量——轴功率 ⑵ 搅拌轴封所消耗的能量 填料密封时，为轴功率的10～15% 端面密封时，为轴功率的2% ⑶ 机械传动所消耗的能量（摩擦损失） 传动效率：0.8～0.95
3 5 2 3 5
2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
−d
⎛ DN ⎜ ⎜ g ⎝
2
2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
−e
=
⎛ ρND ⎞ ⎛ DN ⎟ ⎜ = KρN D ⎜ ⎜ μ ⎟ ⎜ g ⎝ 第五章 流动与混合 ⎠ ⎝ 2010/3/5
p
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
q
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解方程组得 a=3-d-2e p ⎛ ρND 2 ⎞ ⎛ DN 2 P ⎟ ⎜ b=5-2d-e = K ⎜ 3 5 ⎜ μ ⎟ ⎜ g ρN c=1-d D ⎝ ⎠ ⎝ 将a ,b,c代入上式得 P=KN3-d-2e N5-2d-1ρ1-dμdge
−1 N P = φ = KN Re (曲线斜率为− 1)
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第五章 流动与混合
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φ ~NRe图(P155)
注意：对于有挡板或无挡板且N Re < 300时 NP P Θ m = 0 (m = q) φ＝ m = N P = 3 5 ρN D N Fr 对于无挡板且N Re > 300, 上式的m ≠ 0 NP P g m ( 2 ) ∴φ＝ m = 3 5 N Fr ρN D N D
1. 搅拌釜（搅拌釜的结构，搅拌器的作用） 2.搅拌釜内液体的流动状态 3.搅拌器的构型与选择 4.搅拌功率的计算 5.搅拌器的流动特性和转速的确定 6 .搅拌器的混合特性
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第五章 流动与混合
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第五节 搅拌器的流动特性及转速的确定(P161) 一、搅拌器的循环特性（qd, Nqd, Nqc, Nc tc) 排出流量qd（泵送能力）：单位时间内从桨叶排出的流 量。 排出流量qd与该液体离开桨叶的平均速度和桨叶扫过的 面积的乘积有关 qd∝ u A A ∝ D2 , u ∝ πND 所以， qd∝πND3 即 qd=NqdND3 Nqd=qd/ND3 Nqd称为排出流量数或泵送准数 是搅拌雷诺数NRe的函数
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第五章 流动与混合
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四、非牛顿流体的搅拌功率(P159)
① 为了求μ a , 利用釜内平均剪切速率γ& 与搅拌速率N成正比的关系, 即 av
γ& = k s N av
② 表观粘度表示如下：
(5 − 32)
得k s，k s可查表(如表5 − 3)或自己通过实验得到
μ a = K PS (k s N ) n −1 D 2 Nρ 由μ a 计算N Re( n ) = μa
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第五章 流动与混合
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第二节 搅拌釜内流体的流动状态 流体的流动状况称为流况： 定义为“在整个搅拌容器中流体速度向量的方向” 分宏观状况与微观状况两个层次
一、循环流动与剪切流动…… 二 、搅拌雷诺数与流态…… 三 、挡板和导流筒……
微观流动……
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第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合 要求：掌握搅拌釜内流体的流动状态，搅拌器的 主要形式、结构及选型原则，搅拌桨叶的动力特 性、循环特性和混合特性，低粘、高粘及非牛顿 流体搅拌功率、转速和混合时间的计算。 本章内容：
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顶伸式
底伸式
3
第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合 要求：掌握搅拌釜内流体的流动状态，搅拌器的 主要形式、结构及选型原则，搅拌桨叶的动力特 性、循环特性和混合特性，低粘、高粘及非牛顿 流体搅拌功率、转速和混合时间的计算。 本章内容：
1. 搅拌釜（搅拌釜的结构，搅拌器的作用） 2.搅拌釜内液体的流动状态 3.搅拌器的构型与选择 4.搅拌功率的计算 5.搅拌器的流动特性和转速的确定 ６.搅拌器的混合特性
α − lg N Re m= β
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(m = q ) (α、β 的值见表5 − 2) 图5-13( Rushton 图 )
第五章 流动与混合 17
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第五章 流动与混合
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永田进治经验公式：•••••• • 全挡板的概念：挡板数增加，动力消耗也增加。当挡板数 增加到一定程度时，搅动功率P增加到最大值，此时的挡板称 为“全挡板”，这种条件称为“全挡板条件”。(P157)
f 3 D /5T , b / T , H (
若考虑几何因素，则式(5 − 9)可写成下式：q 2 p 2
( b p37)
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二、均相流体搅拌功率的计算(P154)
NRe>103 P=K1ρN3D5 湍流区
过渡区
N Re = 1 ~ 10 层流区 =K P2010/3/5μN 2 D 3
NRe
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