第三章液体的搅拌..
3第三章通气与搅拌
• 要求计算Pg
(1)计算ReM ReM= ρ D2N/ μ =5.25× 104 (2)由NP~ ReM查NP ， NP =4.7 (3)计算P0 P0=NPD5N3ρ= 8.07（千瓦） (4)计算Pg
Pg 2.25(
2 3 P0 ND 0.08
Q
)
0.39
10
3
6.55(千瓦)
１、轴功率 是指搅拌器以既定的速度旋转时，用 以克服介质的阻力所需的功率。 2、发酵罐通气条件下的搅拌功率与 不通气条件下的搅拌功率的关系通 常是（ ） A 小于 B 大于 C 等于 D 无关
（3）装有套筒时的搅拌器搅拌流型
在罐内与垂直的搅拌器同中心安装套简，
可以大大加强循环输送效果，并能将液面
的泡沫从套简的上部入口，抽吸到液体之 有这种中心套筒的机械搅拌罐。
中，具有自消泡能力。伍氏发酵罐就是具
二、搅拌器轴功率的计算
• 搅拌器输入搅拌液体的功率：是指搅 拌器以既定的速度旋转时，用以克服 介质的阻力所需的功率，简称轴功率。 它不包括机械传动的摩擦所消耗的功 率，因此它不是电动机的轴功率或耗 用功率。
3、通气液体机械搅拌功率的计算
同一搅拌器在相等的转速下输入于通气 液体的搅拌功率比不通气液体的低 这可以解释为：通气使液体的重度降低。 • 功率的降低，不仅与液体平均重度的 降低有关，而且主要取决于涡轮周围 气液接触的状况。
迈凯尔用六平叶涡轮将空气分散 于液体中，测量其输出功率，在 双对数坐标上将Pg标绘成涡轮直 径D，转速，空气流量Q和P0的函 数，得出以下关系式：
2、挡板
• 挡板的作用是： ①防止液面中央产生漩涡； ②促使液体激烈翻动，增加溶解； ③改变液流的方向，由径向流改为 轴向流
第三章制药反应工程基础之搅拌器教材
NRe =nd3ρ/μ=5.986 ×105 查上图，对推进式搅拌器全挡板场合，
NP =0.35 P= NP n3d5ρ =622.7 W
对于发酵罐:一般， D/d≠3、HL/ d ≠ 3，其搅拌功率 P﹡=f P
f为校正系数， f =
自吸式气液反应器的设计与应用
立式圆筒容器高径比HT/DT=2~2.5; 液柱高度与直径比HL /DT=1~1.5 搅拌器: 涡轮外径Di=DT/3 ，涡轮高度h=Di /4 ，涡轮与反应器 底距离y=Di ，吸气口径=3Di /8 ，挡板宽度B=DT/10 不吸气时
搅拌功率:
P0 = k n 3Di 5ρ
扭格子式
复动式
水：约1mPa·s 低粘乳液：约数 mPa·s 重油：约数十 mPa·s 润滑油：约 0.1Pa·s 蜂蜜：约 1 Pa·s
多臂行星式
涂料：约数 Pa·s
均质器
真空乳化釜
新 砂磨机 卧 式 LIST-AP 搅 BIVOLAK 拌 SCR 器 HVR
CONTERNA
橡 捏和机
油墨：约数十 Pa·s 牙膏：约 50 Pa·s 口香糖：约 100 Pa·s 嵌缝胶：约 千 Pa·s 塑料熔体：近万Pa·s 橡胶混合物：近万Pa·s
搅拌槽
叶轮
槽体 夹套 内构件
搅拌器
搅拌器的设计与功率计算
• 搅拌器的结构与作用
流体流动以及流体速度的涨落造成物料交换是反应、传热以 及扩散的根本原因，搅拌器起作重要的作用。
搅拌器可促使流体产生圆周运动（径向流，或称原生流）， 流体作轴向运动的轴向流（或称次生流），径向流因挡板作用后 产生次生流。
制药工程原理与设备液体的搅拌
3 制药质量
制药质量控制管理，包括质量标准要求，方法建立，检测手段等。
液体搅拌的定义和作用
定义
液体搅拌是通过搅拌设备使多 种液体相混合的过程。
作用
液体搅拌在化学反应、溶解、 混合、均质等方面起着重要作 用。
特点
液体搅拌时要根据所搅拌的液 体性质、密度、黏度、作用目 的等，选择不同的搅拌方式。
液体搅拌的分类及特点
机械式搅拌
包括桨叶式、涡轮式、螺旋桨式、辐射式等， 广泛运用于工业生产领域。
气液混合
通过喷嘴、高速切割、分散气泡等方法实现 气液混合，特点是高效快速。
静态混合
静态混合器中不需要机械零件，利用流体分 层扩散作用实现混合。
乳化搅拌
用高速旋转剪切器、均质器等将液体分散成 胶体颗粒，常用于乳化液、油水分离液等材 料。
制药工程原理与设备液体 的搅拌
本次演讲将深入介绍制药工程原理和液体搅拌设备。了解液体搅拌的分类、 特点和设备介绍，以及优化搅拌参数和影响搅拌效果的因素。
制药工程原理概述
1 药品开发
药品的物化性质及制药技术，如粉碎、混合、干燥等，对制剂品质和工艺的要求。
2 工艺操作
制药工艺过程中的工艺操作控制，如溶解、反应、结晶、过滤等操作。
液体搅拌设备的介绍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
磁力搅拌器
2
磁力搅拌器是通过磁场作用，驱动内
磁子搅拌覆盖在釜外壁上的各种搅拌
体。
3
搅拌罐
搅拌罐是液体搅拌的主要设备，按搅 拌形式可以分为机械搅拌罐和气液混 合罐。
均质器
均质器是轴流式高速均质设备，广泛 应用于医药、食品、化工等行业。
搅拌工艺参数的优化
转速
第三章_机械搅拌轴功率计算
一、机械搅拌通风发酵罐（简介） 二 、搅拌器的型式及流型 三、搅拌器轴功率计算
1. 单只涡轮在不通气条件下输入搅拌液体的功率 P0的计算
2. 多只涡轮在不通气条件下搅拌轴功率Pm的计算 3. 通气液体机械搅拌轴功率Pg的计算 四、非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响
2021/4/29
Excellent for use with acids, caustics, chlorinated solutions and other aggressive chemicals
第三章搅拌器轴功率计算
17
Radial-Flow Impellers
R100
2021/4/29
Recommended for highshear mixing and gasliquid applications
Radial design provides shear to achieve good contacting for liquidliquid dispersions and emulsions
Also recommended for gas dispersions
Moderate pumping action
C102
Recommended for waste treatment draft tube circulators
Efficient swept-back design eliminates the large power increase (up to 50%) from fiber build-up on the leading edge
第三章搅拌器轴功率计算
18
R320
2021/4/29
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
第三章_通气与搅拌
发酵罐设计最关键的是搅拌器的选型。 对目前所有应用在发酵罐中的搅拌器均存在一个问题,即通气 操作与不通气操作功率消耗存在很大变化,通气操作时功率消 耗明显下降。因而按不通气操作设计就会造成一次性投资及 正常运行成本增加,额外还造成电网的功率因子降低。而按通 气功率设计有时会造成电机过载。 目前,研究开发在两种操作工况下功率变化小的搅拌器是搅拌 技术需要解决的一个问题。
组合式搅拌器 从上面的分析可以看出,径流式搅拌器的优势是气体分散能力 强,但是其功耗较大,作用范围小;而轴向流搅拌器的轴向混合性 能较好,功耗低,作用范围大,但是其对气体的控制能力弱。根据 气液混合的扩散机理,气液混合是通过主体对流扩散、涡流扩 散和分子扩散来实现的。大尺度的宏观循环流动称为主体流动, 由漩涡运动造成的局部范围内的扩散称为涡流扩散。其中,机 械搅拌作用能够强化的过程有主体对流扩散和涡流扩散。如果 将径向流搅拌器和轴向流搅拌器组合使用,利用径向流搅拌器 控制气体的分散,通过主体对流扩散和涡轮扩散实现较小范围 的充分的气液混合,然后再依靠轴向流搅拌器的主体对流作用 使全部液体周期性依次与气体混合,实现较大范围的气液混合。
种涡轮搅拌器产生的流型相似。圆盘平直叶、弯叶、箭叶涡 轮搅拌器与没有圆盘的搅拌器相比，二者搅拌特性相似，但 圆盘可以使上升的气泡受阻，避免大的气泡从轴向叶片空隙 中上升，保证气泡更好的分散。另外没有圆盘的搅拌器受扭 力大，轴瓷易坏。
在传统的发酵罐中,经常使用的是Rushton 涡轮。Rushton 涡 轮是最典型的径向流搅拌器,其结构比较简单,通常是一个圆盘 上面带有六个直叶叶片,也称为六直叶圆盘涡轮。设置圆盘的 目的是为了防止气体未经分散直接从轴周围溢出液面。由于发 酵工业的发展初期,发酵罐的规模较小,Rushton涡轮在许多条 件下能够满足工艺的需要,同时其结构非常简单,容易加工制造, 所以其应用还是比较广泛的。
化工原理第三版(陈敏恒)上下册课后思考题答案(精心整理版)
化工原理第三版(陈敏恒)上下册课后思考题答案(精心整理版)第一章流体流动1、什么是连续性假定质点的含义是什么有什么条件连续性假设：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。
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。
2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
3、粘性的物理本质是什么为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。
通常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，温度上升，热运动加剧，粘度上升。
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，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
4、静压强有什么特性①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。
7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好由静力学方程可以导出pH(冷-热)g，所以H增加，压差增加，拔风量大。
8、什么叫均匀分布什么叫均匀流段均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。
9、伯努利方程的应用条件有哪些重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。
12、层流与湍流的本质区别是什么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。
13、雷诺数的物理意义是什么物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。
14、何谓泊谡叶方程其应用条件有哪些32lu应用条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。
d215、何谓水力光滑管何谓完全湍流粗糙管当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。
流体力学学习资料总结(搅拌)
由于体系黏度很大，搅拌转速低，物料处于层流状态，不可能有明显的局部剪切 作用。体系黏度大，靠单一径向流和轴向流已不能适应混合的需要，此时需要有 较大的面积推动力，随着黏度增大可依次选用：透平、锚式、框式、螺杆、螺带 、特殊型高粘度搅拌器。 聚合后期的高粘度操作： ①变速搅拌装置，以适应不同阶段的搅拌要求
P=f(N, d,ρ,μ, g)
式中P为搅拌功率, W；N为叶轮转速，r/s；D为叶轮直径，m；ρ为液体密度，
kg/m3；μ为液体粘度，Pa· s；g为重力加速度，9.81m/s2。
搅拌功率的因次分析推导：
Np为功率准数，是反应搅拌功率的准数； NRe为搅拌雷诺数，是反映物料流动状况对搅拌功率影响的准数； NFr为弗劳德数，即流体的惯性力与重力之比，是反映重力对搅拌 功率影响的准数。 K为系统的总形状系数，反映系统的几何构型对搅拌功率的影响； p,q为指数，其值与物料流动状况及搅拌器型式和尺寸等因素有关。
qc=qd+qi qc称为循环流（参与循环流动的所有液体的体积流量 ）；qi称为同伴流（或称为诱导流）
层流时，qc=qd
湍流时，qc＞qd Nqc= qc/ND³ Nqc—循环流量数 影响Nqd和Nqc的主要因素是雷诺数和桨叶特性 用循环次数Nc或循环时间tc表征搅拌器循环特性
Nc= qc/V= NqcND³ /V
（1）层流区：搅拌时釜内物料不会发生打旋现象，则重力对搅拌功率的 影响可忽略，此时q=0，此时φ=Np；此时直线斜率近似-1，p=-1代入得：
3 K 为与搅拌器结构型式有关常数） 则P = ������������N3D5 或 P = ������1������N2D（ 1
化工原理课后思考题2-14
化工原理第二章流体输送机械问题1. 什么是液体输送机械的压头或扬程?答1．流体输送机械向单位重量流体所提供的能量(J/N)。
问题2. 离心泵的压头受哪些因素影响?答2．离心泵的压头与流量，转速，叶片形状及直径大小有关。
问题3. 后弯叶片有什么优点? 有什么缺点?答3．后弯叶片的叶轮使流体势能提高大于动能提高，动能在蜗壳中转换成势能时损失小，泵的效率高。
这是它的优点。
它的缺点是产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大。
问题4. 何谓"气缚"现象? 产生此现象的原因是什么? 如何防止"气缚"?答4．因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象。
原因是离心泵产生的压差与密度成正比，密度小，压差小，吸不上液体。
灌泵、排气。
问题5. 影响离心泵特性曲线的主要因素有哪些?答5．离心泵的特性曲线指Hｅ～qV，η～qV，Pａ～qV。
影响这些曲线的主要因素有液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径大小。
问题6. 离心泵的工作点是由如何确定的? 有哪些调节流量的方法?答6．离心泵的工作点是由管路特性方程和泵的特性方程共同决定的。
调节出口阀，改变泵的转速。
问题7. 一离心泵将江水送至敞口高位槽, 若管路条件不变, 随着江面的上升,泵的压头He, 管路总阻力损失H f, 泵入口处真空表读数、泵出口处压力表读数将分别作何变化？答7．随着江面的上升，管路特性曲线下移，工作点右移，流量变大，泵的压头下降，阻力损失增加；随着江面的上升，管路压力均上升，所以真空表读数减小，压力表读数增加。
问题8. 某输水管路, 用一台IS50-32-200的离心泵将低位敞口槽的水送往高出3m的敞口槽, 阀门开足后, 流量仅为3m3/h左右。
现拟采用增加一台同型号的泵使输水量有较大提高, 应采用并联还是串联? 为什么?答8．从型谱图上看，管路特性曲线应该通过H=3m、qV =0点和H=13m、qV=3m3/h点，显然，管路特性曲线很陡，属于高阻管路，应当采用串联方式。
第三章液体的搅拌
qV d1 d 2 4. 不变， H n1 n2
具体要看混合效果，可能这四个准则都不适用， 须找新的放大规律。
5 搅拌器的放大 5.1 放大过程（设计） 小试→中试→工业设计，逐级放大 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 2. 几何尺寸、转速n、功率P ——看放大准则 几何相似放大——便于用同一根功率曲线
5.2 放大准则 2 2 nd 2 1． ReM 不变， n1d1 n2d 2
p
2 K Re, d d 2 p
l u2
l u2 hf Re, d d 2
（三）湍流时的摩擦系数 λ=ψ(Re,ε/d)
⊿p = K da lb uc ρd μe εf
量纲的一致性：
M L-1 T-2 = La Lb (L T-1)c (M L-3)d (M T-1 L-1)e Lf
M L-1 T-2 = Md+e · La+b+c-3d-e+f · T-c-e d+e=1 a+b+c-3d-e+f=-1 -c-e=-2 a=-b-e-f 设b，e，f 已知，则： c=2-e d=1-e
3 搅拌器的性能 3.1 常用搅拌器的性能 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 2. 涡轮式搅拌器 qV小，H大，径向流出 叶片端速度3~8m/s 适于中等粘度液体 μ<50Pa· s
精细化工试验技术 第三章精细化工实验中常见的操作技术 第三节加压与减压
精细化工实验中常见的操作技术
精细化工实验中常见的操作技术
在实验室中，更多的是利用高压釜进行加压操作。利用 高压釜加压，操作简便、安全，且易控制。高压釜的釜体多 以 高 强 度 的 镍 铬 不 锈 钢 制 成 ， 耐 腐 蚀 性 能 良 好 ， 有 0 . 1 L、 0.5L、1L、2L和5L等多种规格。高压釜的最高工作压力视具 体设备而定，在9.8～29.4MPa之间。出于安全，高压釜上配 有安全阀或防爆膜。高压釜搅拌传动方式最好采用电动磁力 传动。如果采用电动机械传动，则需要解决轴与釜之间的动 密封问题，并使最高工作压力降低。目前，玻璃高压釜已面 市，有多种规格，其釜体材料为玻璃。玻璃高压釜的优点是 能直接观察反应过程，并可弥补不锈钢高压釜在耐腐蚀方面 的不足。
图3-7 开口式压力计 1，2-测压接口 3-标尺
图3-8 闭口式压力计 1-封口 2-标尺 3-旋塞
精细化工实验中常见的操作技术
4．压力的稳定
恒压器如图3-9所示，主要部件是置于水 银中的浮筒2，它的上端装有一个软橡皮 塞，开动真空泵，在预期的压力即将达到 时，关闭旋塞4，使浮筒2内气体与系统隔 开，从而起到调节真空度的作用。当系统 内压力降低到一定限度时，浮筒2内气体 膨胀，使之上浮，将毛细管3封闭；当系 统内压力上升，浮筒下降，使毛细管3畅 通，系统内的气体被抽走，压力保持恒定。 图3-9 浮筒式恒压器 当压力恒定的要求较高时，可将多个恒压 1-汞 2-浮筒 3-毛细管 4-旋塞 器串联使用。
陈敏恒《化工原理》(第3版)(上册)课后习题-液体的搅拌(圣才出品)
第3章液体的搅拌（一）习题旋转液体的自由液面3-1如图3-1所示。
搅拌器带动槽内全部液体以等角速度ω旋转，搅拌槽为敞口，中心处液面高度为。
试证：．图3-1（1）半径为r处的液面高度满足下式（2）设槽内液体静置时的液面高度为H，则解：（1）搅拌器带动槽内液体以等角速度ω旋转，液体中任一质点m(x,y,z)处的离心惯性力：F＝mrω²式中M为质点质量，ω为角速度，r22（）。
x+y 单位质量离心力F/m在x轴、y轴方向的分量为：X＝rω²cosα＝xω²Y＝rω²sinα＝yω²沿远方向的质量力分量为Z＝－g将单位质量力带入等压面微分方程式有dp＝ρ(xω²dx＋yω²dy-gdz)＝0积分有1/2x²ω²＋1/2y²ω²－gz＝01/2r²ω²－gz＝C在自由表面上当r＝0,z＝0可得积分常数C＝0，故自由液面方程为z＝ω²r²/2g半径为r处的液面高度为：z＝z0＋ω²r²/2g（２）槽内液体在搅拌器的带动下液面呈抛物体状Ｖ抛＝πω2R4/4g①液体体积不变πR2H－Ｖ抛＝πR2z0②联立①、②可得z0＝H－ω2R2/4g搅拌功率3-2某开启式平直叶涡轮搅拌装置，D/d＝3，h1/d＝1，d/B＝5（各符号命名见图3-2）。
搅拌槽内设有挡板，搅拌器有6个叶片，直径为150mm，转速为300r/min，液体密度为970kg/m3，黏度为1.2mPa·s，试估算搅拌器的功率。
若上述搅拌装置中搅拌液体的黏度增加了10倍，密度基本不变，此时搅拌器的功率有何变化？图3-2典型的搅拌器各部比例涡轮叶片数Z＝6，4块挡板D/d＝3；h/d＝3；B/d＝1/5；l/d＝1/4；h1/d＝1；b/d＝3/10。
解：（1）已知ρ＝970㎏/m3，n＝300r/min，μ＝1.2mPa·S，d＝150mmRe＝ρnd2/μ＝90937.5＞104此时液体为湍流状态，由曲线3-9曲线2查得K＝4.2Ｐ＝Kρn3d5＝38.7W（2）当μ＝12mPa·S时，其他条件不变Re＝ρnd2/μ＝9093.75由教材图3-9曲线2查得K＝4.0Ｐ＝Kρn3d5＝36.8W搅拌器放大3-3在小规模生产时搅拌某液体所用的搅拌釜容积为10L，采用直径为75mm 开启平直叶涡轮搅拌器，在转速为1500r/min 时获得良好的搅拌效果。
华东理工大学化工原理简答题真题汇总
第一章流体流动1.何谓轨线？何谓流线？为什么流线互不相交？99答：轨线是同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线；流线是采用欧拉法考察的结果，流线上各点的切线表示该点的速度方向；因为同一点只有一个速度，由此可知，流线互不相交。
2.动能校正系数α为什么总是大于、等于1的？试说明理由？003.简述数学模型法规划实验的主要步骤。
00、03、06、10答：数学模型实验研究方法立足于对所研究过程的深刻理解，按以下主要步骤进展工作：①将复杂的真实过程本身化简成易于用数学方程式描述的物理模型；②将所得到的物理模型进展数学描述即建立数学模型；③通过实验对数学模型的合理性进展检验并测定模型参数。
4.流体流动过程中，稳定性是指什么？定态性是指什么？015.简述因次论指导下的实验研究方法的主要步骤。
01、04答：因次分析法的具体步骤：①找出影响过程的独立变量；②确定独立变量所涉及的根本因次；③构造因变量和自变量的函数式，通常以指数方程的形式表示；④用根本因次表示所有独立变量的因次，并出各独立变量的因次式；⑤依据物理方程的因次一致性原那么和π定理得到准数方程；⑥通过实验归纳总结准数方程的具体函数式。
6.层流与湍流的本质区别是什么？02答：湍流的最根本特征是出现了径向的速度脉动。
当流体在管层流时，只有轴向速度而无径向速度，牛顿型流体服从牛顿粘性定律；然而在湍流时，流体质点沿管道流动的同时还出现了径向的随机脉动，这种脉动加速了径向的动量、热量和质量的传质，动量的传递不仅起因于分子运动，而来源于流体质点的横向脉动速度。
7.非牛顿流体中，塑性流体的特点是什么？02、05、06、10答：含固体量较多的悬浮体常表现出塑性的力学特征，即只有当施加的剪应力大于某一临界值〔屈服应力〕之后才开场流动，流动发生后，通常具有剪切稀化性质，也可能在某一剪切率围有剪切增稠现象。
8.什么是流体流动的边界层？边界层别离的条件是什么？03答：由于流体粘性的作用，靠近壁面的流体将相继受阻而降速，随着流体沿壁面前流动，流体受影响的区域逐渐扩大，而流速降为未受边壁影响流速的99%以的区域即为边界层。
化工原理各章节知识点总结
化工原理各章节知识点总结文件编码（GHTU-UITID-GGBKT-POIU-WUUI-8968）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则的。
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应。
第三章_机械搅拌轴功率计算
R400
2021/4/29
Recommended for higher-viscosity applications
Contoured two-bladed anchor design
For use in blending and heat transfer, with viscosities from 10,000 to 100,000 centipoise
Decreases shear rates up to 75%
Can reduce energy costs up to 45%
Improves yields in
shear-sensitive
processes
第三章搅拌器轴功率计算
13
A320
2021/4/29
Recommended for higherviscosity applications requiring high flow in the transitional flow regime
Superpitch design
1.5 pitch ratio for greater mixing capabilities
Standard axial flow
如何计算搅拌器轴功率
Np=
（P0/ω）/ V
ma/V
ω 线速度
a 加速度
m 液体质量
V 液体体积
2020/5/20
第三章 搅拌器轴功率计算
9
各类搅拌器功率准数Np 与雷诺准数Rem的关系（1）
2020/5/Hale Waihona Puke 0第三章 搅拌器轴功率计算
10
各类搅拌器功率准数Np 与雷诺准数Rem的关系（2）
曲线 编号
1 2
搅拌器型式
0.39
×10-3
Pg = 2.25×10-3×(8.182×168×603÷14200000.08)0.39 = 6.61kW
2020/5/20
第三章 搅拌器轴功率计算
22
（二）搅拌流型
1、垂直螺旋桨 搅拌器的搅拌 流型
2020/5/20
第三章 搅拌器轴功率计算
1
2、涡轮搅拌 器的搅拌流型
3、装有拉力 筒时的搅拌流 型
2020/5/20
第三章 搅拌器轴功率计算
2
三、搅拌器轴功率计算
（一）单只涡轮在不通气条件下输入搅拌液体的 功率P0的计算 输入搅拌液体的功率（轴功率）：搅拌器以既定的 转速旋转时，用以克服介质的阻力所需用的功率。
)y
P0
N3d5
Nd2
=Np 称 为 功 率 准 数
=Rem 称 为 搅 拌 情 况 下 的 雷 诺 准 数
N2 d
g
=Fr称m为 搅 拌 情 况 下 的 弗 鲁 特 准 数
Np =K ( Rem) x (F r m) y
2020/5/20
第三章 搅拌器轴功率计算
4
P0:不通气时搅拌器输入液体的功率(瓦)； N :搅拌转速（转.秒）； d：涡轮直径（米）； ：液体密度（公斤/米3）； µ：液体粘度（牛.秒/米2)； g：重力加速度
第03章 液体搅拌
第二节 搅拌器及其选型
搅拌器选型
传热 传热过程常与其他操作过程共存，当传热处于从属地 位时，搅拌只要能满足主要的操作要求即可。对于以传 热为主的搅拌过程，其主要控制因素为循环流量和传热 面上的高流速，即要求搅拌器能提供较大的液体循环量，
并能使液体在传热面上保持较高的流速。当采用夹套釜
进行传热操作时，若传热量较小，可选用桨式搅拌器， 但釜内一般不需设置挡板。
平桨式搅拌器可使液体产生切向和径向运动，可用于简
单的液-液混合、固-液溶解、悬浮和气体分散等过程。 当物料液位较高时，应采用多斜桨式搅拌器或与推进式
搅拌器配合使用。
当用桨式搅拌器搅拌较高黏度的液体时，可进一步将其 旋转直径增大至釜径的0.9倍以上，并设置多层桨叶。
15
第二节 搅拌器及其选型
(a) 锚式
27
第二节 搅拌器及其选型
搅拌器选型
分散 此类过程的主要控制因素为剪切作用和总体循环流动。 由于涡轮式搅拌器可提供较大的液体循环流量并具有较 强的剪切作用，因而最为合适，尤其是直叶涡轮的剪切 作用比折叶和弯叶的大，则更为合适。但当液体黏度较 大时，则宜采用弯叶涡轮，以减少动力消耗。此外，在 分散操作中，常在釜内设置挡板等内件，以进一步加强 剪切效果。
24
第二节 搅拌器及其选型
搅拌器选型 不同的搅拌操作对搅拌的要求常具有共性，
而不同类型的搅拌器亦具有一定的共性，
因此，同一搅拌操作往往可选用几种类型
的搅拌器。反之，同一搅拌器也可用于多
种搅拌操作。目前，对搅拌器的选型主要 是根据实践经验，也可根据小试数据，采 用适当方法进行放大设计。
25
第二节 搅拌器及其选型
搅拌器选型
低黏度均相液体的混合
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2、功率曲线P107
（1）搅拌功率的影响因素 D h l B ；b d； ； ； ； 几何因素 d d d d 特征尺寸 1； 2 ； 3； 4 无因次对比变量 （转速） n 物理因素 P f 、、n、d、b、1、 2
三、混合效果的度量
● 根据工艺过程目的评价
强化传热、传质 — 传热系数、传质系数的大小
促进反应过程 — 反应转化率 调匀度 — 均相物系
● 搅拌效果的评价准则
分隔尺度 — 非均相物系
1、调匀度 I 均相体系：表示样品与均匀状态的 偏离程度
液体A 液体B
取VA VA 取样 VA VB CA0 = VA VB 取VB 分析
平均调匀度
I用以度量整个液体的混合效果 — 均匀程度 （混合均匀时 I 1）
2、分隔尺度——非均相体系
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(如气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布）有 关。
a
b
如取样体积远大于微团尺寸，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），两者有不同的的调匀度。因此引入分隔尺度，作为多 相分散体系搅拌操作的重要指标。
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 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 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 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 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 被提升。
均相混合
同时起到强化传热的作用。
二、搅拌器的类型
1、按结构型式分类 P100-101
旋桨式 桨式
旋桨 平直叶、折叶
涡轮式 开启平直叶、开启弯叶、圆盘平直叶、圆盘弯叶 锚式 框式 螺带式
2、按工作原理分类
工作原理：去壳轴流泵 旋桨式 为代表 特点：流量大、压头低；液体作轴向和切向运动 搅拌器：旋桨式、折叶桨式、螺带式
四、混合机理
1、搅拌器的两个功能
（1）总体流动 ——— 促进宏观均匀，
大尺度的均匀混合。 （2）强烈湍动 ——— 促进微观均匀，
小尺度的均匀混合。
2、均相液体的混合机理 1、低粘度液体的混合
总体流动 —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。 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
工作原理：去壳离心泵
涡轮式 为代表 特点：流量小、压头高；液体作径向和切向运动 搅拌器：平直叶桨式 其它：
气流搅拌、静态混合 管路机械混合、射流混合
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。
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，会在翼型的首
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。
搅拌的效果：
不可能完全均匀，因为
过程中液团破碎与合并
各部分的湍动也不一样
P小
P大
P大
绕流引起驻点压差，使液滴拉 长压扁，并被破碎 P104
湍动漩涡使液滴扯开
液滴微团
2、高粘度及非牛顿流体的混合 主要依赖充分的总体流动
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。 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 尽可能均匀，效果更佳。
强化湍动的措施：
湍动强弱可通过搅拌器产生的压头 H 大小反映。压头必定全部
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 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。 ① 提高搅拌器的转速：压头 H 与 n2 成正比。 ② 阻止液体的圆周运动： ◆ 内装挡板（图3-5）：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） （图3-5）：增 加旋转运动阻力，增强湍动，消除液面凹陷。 ◆ 安装导流筒（图3-7）：控制流向，消除短路现象和死区。
第三章
液体的搅拌(2课时）
主要内容： 一、液体搅拌的目的
二、搅拌器的类型
三、混合效果的度量 四、混合机理* 五、功率及能量分配* 六、搅拌器的放大* 七、其他混合设备
一、 液体搅拌的目的
1、互溶液体的混合 2、不互溶液体的分散和接触 3、使气体以气泡的形式分 散于液体中 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
（CA0为A的平均体积浓度） 样品CA 结果一致，搅拌均匀
不一致，未均匀，偏离CA0大，差
引入调匀度I：样品与均匀态的偏离程度
(CA CA0 ) 1 CA 或 I (CA CA0 ) 1 C A0 CA I C A0
I 1
I1 I 2 I m I m
五、搅拌功率
1、搅拌器的混合效果与功率消耗
足够大的流量qV形成强大的总体流动 — — 大尺度均匀 P gqV H 足够大的压头H 产生高度湍动 — — 较小微团分散
设计思想：设法增加搅拌器的功率，而不是提高效率
能量的有效利用：根据工艺要求选用合适的搅拌器
快速均布 — 搅拌能量用于增大输送量qv即加大总体流动 高度破碎 — 搅拌输入能量主要用于增大湍动
● 宏观混合与微观混合
混合效果的度量与混合尺度有关 设备尺度（大尺度） 混合尺度的三个层次 流体微团（视分散情况） 分子尺度 （依赖于分子扩散）
1、液固物系 — 只能达到某种宏观上的均匀； 2、不互溶液体 — 剧烈搅拌分散程度提高，小尺度宏观均 匀，不能达到分子尺度上的均匀； 3、互溶液体 — 可达到分子尺度上的均匀。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。