第二章 液体搅拌 ppt

（四）搅拌器的放大
1. 放大基础
（四）搅拌器的放大
2. 按功率数据放大
（四）搅拌器的放大
★ 3. 按工艺结果放大
（1）保持雷诺数不变，满足
n d n2 d
2 1 1
2 2
（2）保持叶端切向速度不变，满足
n1d1 n2d2
（3）保持单位体积消耗的功率不变，满足
n d n d
3 2 1 1
（二）搅拌器的类型
2.涡轮式搅拌器(turbine agitator)
(a) 直叶圆盘叶轮
(b) 弯叶圆盘叶轮
(c) 直叶涡轮
(d) 弯叶涡轮
(e) 折叶涡轮
（二）搅拌器的类型
实质上是一个无泵壳离心泵
叶轮直径d=0.2~0.5D, 转速n:10~500rpm 叶端圆周速度:4~10ms-1 使液体产生切向和径向运动
N NP 3 5 n d
d nρ Re = μ
2
dn2 Fr g
10
2
1,2
3,4 5,6,7
10

1
8 3,4 8 4 3 1,2
6 7 8 5
2 1
10
-1
1
10
10
2
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10源自文库
5
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Re
搅拌器的功率曲线 1-三叶推进式,s=d,无挡板；2-三叶推进式,s=d,全挡板；3-三叶推进式,s=2d,无挡板； 4-三叶推进式，s=2d，全挡板；5-六叶直叶圆盘涡轮，无挡板；6-六叶直叶圆盘涡轮，全 挡板；7-六叶弯叶圆盘涡轮，全挡板；8-双叶平浆，全挡板 全挡板：N=4，W=0.1D；各曲线：d/D1/3，b/d=1/4；HL/D=1 s-浆叶螺距,N-挡板数,W-挡板宽度,D-釜内径,d-叶轮直径,b-浆叶宽度,HL-液层深度
径向分速度使液体流向壁面,然后形 成上、下两条回路流入搅拌器 切向分速度产生圆周运动——应抑制
应用：较强的剪切作用，常用于粘度小于50Pas液体的传 热、反应以及固液悬浮、溶解和气体分散等过程；不适用含 较重颗粒的悬浮液搅拌。
（二）大直径低转速搅拌器
高转速搅拌器的存在的问题
① 液体的流速越大，流动阻力就越大； 而在达到完全湍流区之前，随着液体粘度的增大，流 动阻力也随之增大。 当涡轮式搅拌器用于与水相近的低粘度液体搅拌时，其 轴向所及范围约为釜径的4倍； 但当液体的粘度增大至50Pas时，其所及范围将缩小为
“打旋”
层流特征，无速度梯度，无湍动.
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搅拌器的强化措施：
2. 抑制“打旋”现象.
采用的方法： （1）搅拌罐内装挡板
（2）搅拌器偏心或者 偏心且倾斜安装
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搅拌器的强化措施：
3. 加设导流筒.
导流筒 档板
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搅拌器的选型：
（三）搅拌功率
P gqv H
较大的流量qv,大尺度的均匀混合。 较大的压头H, 将微团分散得很小。
釜径的一半。
（二）搅拌器的类型
3.桨式搅拌器(paddle agitator)
旋 转 直 径 d=0.35~0.8D( 用于 高粘度液体时可达釜径的0.9 倍以上),浆叶宽度为旋转直径 的1/10~1/4, 常用转速n:1~100rpm, 叶端圆周速度:1~5ms-1。 (a) 平浆式
(b) 斜浆式
总体流动控制
搅拌过程 湍流流动控制
大直径低转速搅拌器
小直径高转速搅拌器
第三节 搅拌功率(均相液体)
1.功率曲线和搅拌功率的计算
搅拌器工作时，旋转的叶轮将能量传递给液体。搅 拌器所需的功率取决于釜内物料的搅拌程度和运动状态， 它是叶轮形状、大小、转速、位置以及液体性质、反应 釜尺寸与内部构件的函数；如发生打旋现象，还需考虑 重力的影响。
应用：平浆式搅拌器可使液体产生切向和径 向运动，可用于简单的固液悬浮、溶解和气体 分散等过程。
如液位高 粘度高 多斜桨式 增大桨叶直径
(c) 多斜浆式
（二）搅拌器的类型
(anchor and grid agitator) 旋转直径较大d=0.9~0.98D 转速n1~100rpm 叶端圆周速度:1~5ms-1。 特点与应用： ① 搅动范围很大, 可根据需要增加横 梁和竖梁，一般不会产生死区。 ② 与釜内壁的间隙很小,故可防止固 体颗粒在釜内壁上的沉积现象 ③ 常用于中、高粘度液体的混合、传 热及反应等过程。
中药制药工程原理与设备
第二章 液体搅拌
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液体的机械搅拌
本章以机械搅拌为主，重点讨论 （一）混合的机理;
（二）搅拌器的选型;
（三）搅拌器功率的计算; （四）搅拌器的放大.
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液体的机械搅拌（生活上的例子）
（一）混合的机理
1. 总体流动（层流特征），大尺度的混合
2. 强剪切，高度湍动（湍流特征），小尺度 的混合
d
（二）搅拌器的类型
轴向分速度可使液体形成总 体循环流动,起到混合液体的 作用 切向分速度使釜内液体产生 圆周运动,并形成旋涡,不利于 液体的混合,且当物料为多相 体系时,还会产生分层或分离 现象——应抑制 应用领域：推进式搅拌器产生的湍动程度不高，但液 体循环量较大，常用于低粘度(<2Pas)液体的传热、反 应以及固液比较小的悬浮、溶解等过程。
2.打旋现象及其消除

装设挡板 (baffle plate)
偏心安装 (Eccentric fixing)
3.设置导流筒(draft tube)
搅拌器的强化措施： 1. 提高搅拌器的转速。（提高湍动程度）
压头H与转速n和半径d的关系：
H n d
2
2
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搅拌器的强化措施：
2. 抑制“打旋”现象.
3 2 2 2
（4）保持流量与压头之比不变，满足
d1 d 2 n1 n2
（四）搅拌器的放大（例题计算）
（四）搅拌器的放大（例题计算）
以最合适的工艺为标准进行放大
总结
（一）混合的机理; （二）搅拌器的选型; （三）搅拌器功率的计算; （四）搅拌器的放大.
N f (n, d , , , g )
N—搅拌功率,W; n—叶轮转速, rs-1; d—叶轮直径,m; —液体密度,kgm-3; —液体粘度,Pas; g—重力加速度,9.81ms-2。
量纲分析法分析功率
基本量纲 在SI制中，将长度 L ，时间 和质量 m 的量纲 作为基本量纲，分别以[L]， [T]和 [M]表示。 量纲一致性原则 凡是根据基本物理规律导出的物理方程， 其各项的量纲必然相同。
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（二）搅拌器的类型 一、常见搅拌器
(一)小直径高转速搅拌器 涡轮式搅拌器
螺旋桨式搅拌器 (propeller agitator ) (turbine agitator)
(二）大直径低转速搅拌器
锚式和框式搅拌器 (Anchor and grid agitator) 螺带式搅拌器 (Helical ribbon agitator)
浆式搅拌器 (paddle agitator)
（二）搅拌器的类型
螺旋桨式
平涡轮
曲叶涡轮
折叶桨式
锚 式
双螺旋带式
（二）搅拌器的类型
(一)小直径高转速搅拌器 1. 螺旋浆式搅拌器propeller agitator
实质上是一个无外壳的轴流泵。 叶轮直径d=0.2~0.5D（釜内径） 转速n:100~500rpm， 叶端圆周速度：5~15ms-1。 使釜内液体产生轴向和切向运动。
第三节 搅拌功率(均相液体)
由层流区(Re<10)的功率曲线可得搅拌功率的计 算式为
P K1n d
2
3
K1—与搅拌器结构型式有关的常数
第三节 搅拌功率(均相液体)
由完全湍流区(Re>104)的功率曲线可得有挡板时 的搅拌功率计算式为
P K2 n d
3
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式中K2—与搅拌器结构型式有关的常数
4.锚式和框式搅拌器
（二）搅拌器的类型
5.螺带式搅拌器(helical ribbon agitator)
旋转直径d=0.9~0.98D 常用转速n:0.5~50rpm 叶端圆周速度小于2ms-1 应用： 常用于中、高粘度液体的 混合、传热及反应等过程。
二、搅拌过程的强化措施
1.适当提高转速(rotate speed)
第三节 搅拌功率(均相液体)
均相液体的功率准数关联式为
N P K Re Fr
a
b
NP—功率准数; Re—搅拌雷诺数，反映流动状况对搅拌功率的影响； Fr—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—系统的总形状系数,反映系统几何构型对搅拌功率的影响; a,b—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， 一般由实验测定，无因次