第三章 液體攪拌-制藥工程原理與設(shè)備.

1、第三章第三章 液體攪拌液體攪拌1制藥工程原理與設(shè)備制藥工程原理與設(shè)備第三章第三章 液體攪拌液體攪拌1制藥工程原理與設(shè)備制藥工程原理與設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 攪拌器及其選型攪拌器及其選型第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率第一節(jié)第一節(jié) 概述概述1制藥工程原理與設(shè)備制藥工程原理與設(shè)備一、攪拌一、攪拌二、攪拌的類(lèi)型二、攪拌的類(lèi)型三、總體循環(huán)流動(dòng)與湍流運(yùn)動(dòng)三、總體循環(huán)流動(dòng)與湍流運(yùn)動(dòng)制藥工程原理與設(shè)備制藥工程原理與設(shè)備一、攪拌一、攪拌使釜（或槽）內(nèi)物料形成某種特定方式的運(yùn)動(dòng)（通使釜（或槽）內(nèi)物料形成某種特定方式的運(yùn)動(dòng)（通常為循環(huán)流動(dòng)）。常為循環(huán)流動(dòng)）。注重的是釜內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)方式和劇烈程度，以及

2、這注重的是釜內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)方式和劇烈程度，以及這種運(yùn)動(dòng)狀況對(duì)于給定過(guò)程的適應(yīng)性。種運(yùn)動(dòng)狀況對(duì)于給定過(guò)程的適應(yīng)性。攪拌目的：攪拌目的： 制備均勻混合物；制備均勻混合物； 促進(jìn)傳質(zhì)；促進(jìn)傳質(zhì)； 促進(jìn)傳熱；促進(jìn)傳熱； 上述三種目的之間的組合。上述三種目的之間的組合。液體的機(jī)械攪拌液體的機(jī)械攪拌二、攪拌的類(lèi)型二、攪拌的類(lèi)型1 1、 機(jī)械攪拌機(jī)械攪拌* *2 2、 氣流攪拌：利用氣泡的上升對(duì)液體的擾動(dòng)而產(chǎn)生氣流攪拌：利用氣泡的上升對(duì)液體的擾動(dòng)而產(chǎn)生攪拌作用。攪拌作用。l 混合的機(jī)理;l 攪拌器的選型;l 攪拌器功率的計(jì)算;制藥工程原理與設(shè)備制藥工程原理與設(shè)備1 1、 機(jī)械攪拌裝置機(jī)械攪拌裝置圓筒形釜體一般

3、由鋼板直接卷焊而成，釜底和釜蓋一般為橢圓形封頭。根據(jù)物料的性質(zhì)， 釜體內(nèi)壁可內(nèi)襯橡膠搪玻璃、聚四氟乙烯等耐腐蝕材料。為控制過(guò)程溫度及強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)效果，釜外可設(shè)臵夾套，釜內(nèi)可安裝蛇管、擋板及導(dǎo)流筒等內(nèi)件。2 2、氣流攪拌、氣流攪拌 氣流攪拌是將氣體通入液層中而形成上升氣泡，利用氣流攪拌是將氣體通入液層中而形成上升氣泡，利用上升氣泡對(duì)液體的擾動(dòng)而產(chǎn)生攪拌作用。上升氣泡對(duì)液體的擾動(dòng)而產(chǎn)生攪拌作用。 與機(jī)械攪拌相比，氣流攪拌的效果較差，因而不適合與機(jī)械攪拌相比，氣流攪拌的效果較差，因而不適合于高黏度液體的攪拌。于高黏度液體的攪拌。 對(duì)物料沒(méi)有機(jī)械損傷對(duì)物料沒(méi)有機(jī)械損傷三、總體循環(huán)流動(dòng)與湍流運(yùn)動(dòng)三、總

4、體循環(huán)流動(dòng)與湍流運(yùn)動(dòng) 攪拌過(guò)程實(shí)質(zhì)就是通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)將機(jī)械能攪拌過(guò)程實(shí)質(zhì)就是通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)將機(jī)械能傳遞給液體，使液體在設(shè)備內(nèi)部作強(qiáng)制對(duì)流，并傳遞給液體，使液體在設(shè)備內(nèi)部作強(qiáng)制對(duì)流，并達(dá)到均勻混合狀態(tài)。攪拌過(guò)程中，液體作強(qiáng)制對(duì)達(dá)到均勻混合狀態(tài)。攪拌過(guò)程中，液體作強(qiáng)制對(duì)流的方式有兩種：流的方式有兩種：1 1、 總體循環(huán)流動(dòng)總體循環(huán)流動(dòng)2 2、 湍流運(yùn)動(dòng)湍流運(yùn)動(dòng)1 1、總體循環(huán)流動(dòng)、總體循環(huán)流動(dòng)將兩種不同的液體置于攪拌釜內(nèi)，將兩種不同的液體置于攪拌釜內(nèi)， 攪拌器通過(guò)葉輪將攪拌器通過(guò)葉輪將能量傳遞給液體，從而產(chǎn)生高速液流。該液流又會(huì)推動(dòng)能量傳遞給液體，從而產(chǎn)生高速液流。該液流又會(huì)推動(dòng)周?chē)囊后w，從而在

5、釜內(nèi)形成一定的循環(huán)流動(dòng)，這種宏周?chē)囊后w，從而在釜內(nèi)形成一定的循環(huán)流動(dòng)，這種宏觀(guān)流動(dòng)即稱(chēng)為總體循環(huán)流動(dòng)。觀(guān)流動(dòng)即稱(chēng)為總體循環(huán)流動(dòng)。 總體循環(huán)流動(dòng)可促進(jìn)釜內(nèi)液體在宏觀(guān)上的均勻混合，總體循環(huán)流動(dòng)可促進(jìn)釜內(nèi)液體在宏觀(guān)上的均勻混合，其特點(diǎn)是液體以較大的尺度（相當(dāng)于或略小于設(shè)備尺寸其特點(diǎn)是液體以較大的尺度（相當(dāng)于或略小于設(shè)備尺寸） 運(yùn)動(dòng)，且具有一定的流動(dòng)方向，流動(dòng)范圍較大。運(yùn)動(dòng)，且具有一定的流動(dòng)方向，流動(dòng)范圍較大。2 2、湍流運(yùn)動(dòng)、湍流運(yùn)動(dòng) 當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高速液流通過(guò)靜止的或運(yùn)動(dòng)速當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高速液流通過(guò)靜止的或運(yùn)動(dòng)速度較低的液體時(shí)，在高速液體與低速液體的交界面上產(chǎn)度較低的液體時(shí)，在高速液體與

6、低速液體的交界面上產(chǎn)生速度梯度，使界面上的液體受到很強(qiáng)的剪切作用，從生速度梯度，使界面上的液體受到很強(qiáng)的剪切作用，從而產(chǎn)生大量旋渦，并迅速向四周擴(kuò)散，在上下、左右、而產(chǎn)生大量旋渦，并迅速向四周擴(kuò)散，在上下、左右、前后等各個(gè)方向上產(chǎn)生紊亂且又是瞬間改變速度的運(yùn)動(dòng)前后等各個(gè)方向上產(chǎn)生紊亂且又是瞬間改變速度的運(yùn)動(dòng)，即湍流運(yùn)動(dòng)。，即湍流運(yùn)動(dòng)。2 2、湍流運(yùn)動(dòng)、湍流運(yùn)動(dòng) 可視為一種微觀(guān)流動(dòng)，在這種微觀(guān)流動(dòng)的作用下液體可視為一種微觀(guān)流動(dòng)，在這種微觀(guān)流動(dòng)的作用下液體被破碎成微團(tuán)，微團(tuán)的尺寸取決于旋渦的大小。被破碎成微團(tuán)，微團(tuán)的尺寸取決于旋渦的大小。 特點(diǎn)：流體以很小的微團(tuán)尺度運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離很短，特點(diǎn)：流體以

7、很小的微團(tuán)尺度運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離很短，且不規(guī)則。且不規(guī)則。 與總體循環(huán)流動(dòng)相比，湍流運(yùn)動(dòng)所引起的混合速度要與總體循環(huán)流動(dòng)相比，湍流運(yùn)動(dòng)所引起的混合速度要快得多，且隨著湍動(dòng)程度加劇，混合速度隨之加快?？斓枚啵译S著湍動(dòng)程度加劇，混合速度隨之加快。 實(shí)際混合過(guò)程：總體流動(dòng)、湍流運(yùn)動(dòng)以及分子擴(kuò)散作實(shí)際混合過(guò)程：總體流動(dòng)、湍流運(yùn)動(dòng)以及分子擴(kuò)散作用等共同作用的結(jié)果。用等共同作用的結(jié)果。第二節(jié)第二節(jié) 攪拌器及其選型攪拌器及其選型1制藥工程原理與設(shè)備制藥工程原理與設(shè)備一、常見(jiàn)攪拌器二、二、攪拌過(guò)程的強(qiáng)化三、三、攪拌器選型 ( (一一) )小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器( (二）大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器二）大直徑

8、低轉(zhuǎn)速攪拌器螺旋槳式攪拌器螺旋槳式攪拌器(propeller agitator )渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器 (turbine agitator)漿式攪拌器漿式攪拌器(paddle agitator)螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器(Helical ribbon agitator)錨式和框式攪拌器錨式和框式攪拌器(Anchor and grid agitator) 一、常見(jiàn)攪拌器一、常見(jiàn)攪拌器（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型一、攪拌槳一、攪拌槳( (核心核心) )產(chǎn)生的三種基本流型產(chǎn)生的三種基本流型切向流切向流-流體打旋，出現(xiàn)這種流型流體打旋，出現(xiàn)這種流型時(shí)，流體主要從漿葉排向周?chē)?，時(shí)，流體主要從漿葉

9、排向周?chē)砦翗~區(qū)的流體量甚小，卷吸至槳葉區(qū)的流體量甚小，垂直方向的流體混合效果很差。垂直方向的流體混合效果很差。軸向流軸向流-液體沿著與攪拌軸平行的液體沿著與攪拌軸平行的 方向流動(dòng)方向流動(dòng)徑向流徑向流-液體沿半徑方向運(yùn)動(dòng)，然后液體沿半徑方向運(yùn)動(dòng)，然后 向上、向下輸送向上、向下輸送 上述三種流型，通?？赡芡瑫r(shí)存在。上述三種流型，通?？赡芡瑫r(shí)存在。其中，軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作其中，軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用，而切向流應(yīng)加以抑制，可加入擋板用，而切向流應(yīng)加以抑制，可加入擋板削弱切向流，增強(qiáng)軸向流與徑向流。削弱切向流，增強(qiáng)軸向流與徑向流。（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型槳葉槳葉-核心

10、部件核心部件軸向流槳軸向流槳-各種推進(jìn)式槳（螺旋槳）各種推進(jìn)式槳（螺旋槳） 、新型翼型槳、新型翼型槳四葉推進(jìn)式槳四葉推進(jìn)式槳異形四葉異形四葉雙螺帶式雙螺帶式（適用高黏度的物料）（適用高黏度的物料） 螺桿式螺桿式螺桿螺帶式螺桿螺帶式三葉推進(jìn)式槳三葉推進(jìn)式槳（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型槳葉槳葉-核心部件核心部件徑向流槳徑向流槳-各種直葉、彎葉渦輪槳（通常帶有圓盤(pán)）各種直葉、彎葉渦輪槳（通常帶有圓盤(pán)）六直葉渦輪槳六直葉渦輪槳六彎葉圓盤(pán)渦輪槳六彎葉圓盤(pán)渦輪槳錨式錨式d( (一一) )小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無(wú)外殼的軸流泵。葉輪直徑d=0.20.5D（釜內(nèi)徑） 轉(zhuǎn)速n:10

11、0500rpm， 葉端圓周速度：515ms-1。使釜內(nèi)液體產(chǎn)生軸向和切向運(yùn)動(dòng)。1.1. 螺旋漿式攪拌器螺旋漿式攪拌器( (推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器) )（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型工作時(shí)，推進(jìn)式攪拌器如同一臺(tái)無(wú)工作時(shí)，推進(jìn)式攪拌器如同一臺(tái)無(wú)外殼的軸流泵，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使外殼的軸流泵，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使液體作液體作軸向軸向和和切向切向運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。F軸向分速度使液體沿軸向向下流動(dòng)， 流至釜底時(shí)再沿釜壁折回， 并重新返回旋槳入口, 形成總體循環(huán)流動(dòng)， 起到混合液體的作用。F切向分速度使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng),并形成旋渦,不利于液體的混合,且當(dāng)物料為多相體系時(shí),還會(huì)產(chǎn)生分層或分離現(xiàn)象應(yīng)抑制應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)

12、用領(lǐng)域：推進(jìn)式攪拌器產(chǎn)生的湍動(dòng)程度不高，但液體循環(huán)量較大，常用于低粘度(2Pas)液體的傳熱、反應(yīng)以及固液比較小的懸浮、溶解等過(guò)程。（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型 2.2.渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器(turbine agitator)(a) 直葉圓盤(pán)葉輪 (b) 彎葉圓盤(pán)葉輪(c) 直葉渦輪 (d) 彎葉渦輪 (e) 折葉渦輪（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無(wú)泵殼離心泵 葉輪直徑d=0.20.5D, 轉(zhuǎn)速n:10500rpm 葉端圓周速度:410ms-1 使液體產(chǎn)生切向和徑向運(yùn)動(dòng)F徑向分速度使液體流向壁面,然后形成上、下兩條回路流入攪拌器F切向分速度產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)應(yīng)抑制（二二）

13、攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型 2.2.渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器(turbine agitator)特點(diǎn)：l 與推進(jìn)式攪拌器相比，此類(lèi)攪拌器所產(chǎn)生的總體循環(huán)流動(dòng)的回路更為曲折，且由于出口流速較高，因而葉端附近的液體湍動(dòng)更為強(qiáng)烈，從而產(chǎn)生較大的剪切力。應(yīng)用：較強(qiáng)的剪切作用，常用于粘度小于50Pas液體的傳熱、反應(yīng)以及固液懸浮、溶解和氣體分散等過(guò)程；不適用含較重顆粒的懸浮液攪拌。（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型旋轉(zhuǎn)直徑d=0.350.8D(用于高粘度液體時(shí)可達(dá)釜徑的0.9倍以上),漿葉寬度為旋轉(zhuǎn)直徑的1/101/4,常用轉(zhuǎn)速n:1100rpm,葉端圓周速度:15ms-1。 3.3.槳式攪拌器槳式攪拌

14、器(paddle agitator)(a) 平漿式(c) 多斜漿式 (b) 斜漿式應(yīng)用：平漿式攪拌器可使液體產(chǎn)生切向和徑向運(yùn)動(dòng)，可用于簡(jiǎn)單的固液懸浮、溶解和氣體分散等過(guò)程。如液位高 多斜槳式 粘度高 增大槳葉直徑 （二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型（二）大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器（二）大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器旋轉(zhuǎn)直徑較大d=0.90.98D轉(zhuǎn)速n1100rpm葉端圓周速度:15ms-1。 4.錨式和框式攪拌器錨式和框式攪拌器 特點(diǎn)與應(yīng)用特點(diǎn)與應(yīng)用：攪動(dòng)范圍很大, 可根據(jù)需要增加橫梁和豎梁，一般不會(huì)產(chǎn)生死區(qū)。與釜內(nèi)壁的間隙很小,故可防止固體顆粒在釜內(nèi)壁上的沉積現(xiàn)象。缺點(diǎn)是液體主要作水平環(huán)向流動(dòng)，基 本 沒(méi) 有

15、 軸 向 流 動(dòng) ， 因 而難以保證軸向混合效果。常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應(yīng)等過(guò)程。（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型 5.5.螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器旋轉(zhuǎn)直徑d=0.90.98D常用轉(zhuǎn)速n:0.550rpm葉端圓周速度小于2ms-1 應(yīng)用：應(yīng)用：常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應(yīng)等過(guò)程。（二二）攪拌器的類(lèi)型）攪拌器的類(lèi)型攪拌時(shí)液體可沿螺帶的螺旋面上攪拌時(shí)液體可沿螺帶的螺旋面上升或下降，從而產(chǎn)生軸向循環(huán)流升或下降，從而產(chǎn)生軸向循環(huán)流動(dòng)，故軸向混合效果比錨式或框動(dòng)，故軸向混合效果比錨式或框式的好。式的好。6攪拌器的強(qiáng)化措施：攪拌器的強(qiáng)化措施：1. 提高攪拌器的轉(zhuǎn)速。（提高湍動(dòng)程度

16、）提高攪拌器的轉(zhuǎn)速。（提高湍動(dòng)程度）壓頭壓頭H與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n和半徑和半徑d的關(guān)系：的關(guān)系：22dnH 因此適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速可提高葉輪旋轉(zhuǎn)因此適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速可提高葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭，亦即可向液體提供所產(chǎn)生的壓頭，亦即可向液體提供更多的能量，從而提高攪拌效果。更多的能量，從而提高攪拌效果。7攪拌器的強(qiáng)化措施：攪拌器的強(qiáng)化措施：2. “打旋打旋”現(xiàn)象現(xiàn)象.特點(diǎn)：層流特征，無(wú)速度梯度，無(wú)湍動(dòng)特點(diǎn)：層流特征，無(wú)速度梯度，無(wú)湍動(dòng).若液體為低黏度液體，且葉輪轉(zhuǎn)速足夠高，則液體會(huì)在離心力的作用下涌向釜壁，并沿釜壁上升，而釜中心處的液面將下凹，形成了一個(gè)漏斗形的旋渦，且葉輪的轉(zhuǎn)速越大，旋渦的下凹深度就越深，這種現(xiàn)象

17、稱(chēng)為打旋。7攪拌器的強(qiáng)化措施：攪拌器的強(qiáng)化措施：2. “打旋打旋”對(duì)攪拌的影響對(duì)攪拌的影響. 在攪拌操作中，在攪拌操作中， 若發(fā)生打旋現(xiàn)象，若發(fā)生打旋現(xiàn)象， 攪拌效果就會(huì)攪拌效果就會(huì)急劇下降。打旋嚴(yán)重時(shí)，急劇下降。打旋嚴(yán)重時(shí)， 甚至?xí)谷恳后w僅隨葉甚至?xí)谷恳后w僅隨葉輪旋轉(zhuǎn)，輪旋轉(zhuǎn)， 而各層液體之間幾乎不發(fā)生軸向混合。而各層液體之間幾乎不發(fā)生軸向混合。 對(duì)于固對(duì)于固 - -液懸浮體系液懸浮體系 ， 打旋還會(huì)促進(jìn)體系產(chǎn)生打旋還會(huì)促進(jìn)體系產(chǎn)生分分層或分離層或分離，使其中的固體顆粒被甩至釜壁而沉陷于，使其中的固體顆粒被甩至釜壁而沉陷于釜底。釜底。8攪拌器的強(qiáng)化措施：攪拌器的強(qiáng)化措施：2. 抑制抑

18、制“打旋打旋”現(xiàn)象現(xiàn)象.（1）攪拌罐內(nèi)裝擋板）攪拌罐內(nèi)裝擋板（2）攪拌器偏心或者）攪拌器偏心或者 偏心且傾斜安裝偏心且傾斜安裝 9攪拌器的強(qiáng)化措施：攪拌器的強(qiáng)化措施：3. 加設(shè)導(dǎo)流筒加設(shè)導(dǎo)流筒.導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒就是一個(gè)圓筒體，其作用是規(guī)范就是一個(gè)圓筒體，其作用是規(guī)范釜內(nèi)液體流動(dòng)路線(xiàn)。釜內(nèi)液體流動(dòng)路線(xiàn)。對(duì)于對(duì)于推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器，導(dǎo)流筒應(yīng)安裝于葉，導(dǎo)流筒應(yīng)安裝于葉輪外部，如圖輪外部，如圖 (a)(a)；而對(duì)于而對(duì)于渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器，導(dǎo)流筒則應(yīng)安裝，導(dǎo)流筒則應(yīng)安裝于葉輪上方，如圖于葉輪上方，如圖 (b)(b)所示。所示。在導(dǎo)流筒的約束下，釜內(nèi)液體的流速和在導(dǎo)流筒的約束下，釜內(nèi)液體的流速和

19、流向都受到了嚴(yán)格控制，迫使液體都要流向都受到了嚴(yán)格控制，迫使液體都要流過(guò)導(dǎo)流筒內(nèi)的流過(guò)導(dǎo)流筒內(nèi)的強(qiáng)烈混合區(qū)強(qiáng)烈混合區(qū)，并在導(dǎo)流，并在導(dǎo)流筒內(nèi)、外形成軸向總體循環(huán)流動(dòng)。筒內(nèi)、外形成軸向總體循環(huán)流動(dòng)?？梢?jiàn)，設(shè)臵導(dǎo)流筒可消除可見(jiàn)，設(shè)臵導(dǎo)流筒可消除打旋打旋現(xiàn)象，并現(xiàn)象，并可避免可避免短路與流動(dòng)死區(qū)短路與流動(dòng)死區(qū)，從而使攪拌效，從而使攪拌效果得到顯著提高。果得到顯著提高。 攪拌器的選型：攪拌器的選型：1.1.功率曲線(xiàn)和攪拌功率的計(jì)算功率曲線(xiàn)和攪拌功率的計(jì)算 攪拌器工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)的葉輪將能量傳遞給液體。攪拌器所需的功率取決于釜內(nèi)物料的攪拌程度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它是葉輪形狀、大小、轉(zhuǎn)速、位置以及液體性質(zhì)、反應(yīng)釜尺寸

20、與內(nèi)部構(gòu)件的函數(shù)；如發(fā)生打旋現(xiàn)象，還需考慮重力的影響。 ),(gdnfN N攪拌功率,W; n葉輪轉(zhuǎn)速, rs-1; d葉輪直徑,m; 液體密度,kgm-3; 液體粘度,Pas; g重力加速度,9.81ms-2。第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率均相液體的功率準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式為 NP功率準(zhǔn)數(shù)功率準(zhǔn)數(shù); Re攪拌雷諾數(shù)攪拌雷諾數(shù)，反映流動(dòng)狀況對(duì)攪拌功率的影響； Fr弗勞德數(shù)弗勞德數(shù),即流體的慣性力與重力之比,是反映重力對(duì)攪拌功率影響的準(zhǔn)數(shù); K系統(tǒng)的總形狀系數(shù)系統(tǒng)的總形狀系數(shù),反映系統(tǒng)幾何構(gòu)型對(duì)攪拌功率的影響;a,b指數(shù)，其值與物料流動(dòng)狀況及攪拌器型式和尺寸等因素有關(guān)，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，無(wú)因次bagdnnd

21、KdnN225353dnNNPnd2Re gdnFr2第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率baPFrKNRe習(xí)慣上將式上式表示成下列形式baPFrReKN abPKFrNRe為為功率因數(shù)功率因數(shù)，無(wú)因次。，無(wú)因次。在攪拌操作中，若釜內(nèi)物料不會(huì)發(fā)生打旋現(xiàn)象，則在攪拌操作中，若釜內(nèi)物料不會(huì)發(fā)生打旋現(xiàn)象，則重力對(duì)攪拌功率的影響可以忽略，此時(shí)重力對(duì)攪拌功率的影響可以忽略，此時(shí)b b=0=0，則，則apKNRe第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率對(duì)于特定攪拌器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出對(duì)于特定攪拌器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出或或Np與與Re之間的關(guān)之間的關(guān)系，繪制系，繪制功率曲線(xiàn)功率曲線(xiàn) 1 11 10 01 10 02 21 10 03

22、 31 10 04 41 10 05 51 10 06 61 10 0- -1 11 11 10 01 10 02 23,41,276588432 1 85,6,73,41,2Re 攪拌器的功率曲線(xiàn)攪拌器的功率曲線(xiàn) 1-三葉推進(jìn)式,s=d,無(wú)擋板；2-三葉推進(jìn)式,s=d,全擋板；3-三葉推進(jìn)式,s=2d,無(wú)擋板；4-三葉推進(jìn)式，s=2d，全擋板；5-六葉直葉圓盤(pán)渦輪，無(wú)擋板；6-六葉直葉圓盤(pán)渦輪，全擋板；7-六葉彎葉圓盤(pán)渦輪，全擋板；8-雙葉平漿，全擋板全擋板：N=4，W=0.1D；各曲線(xiàn)：d/D1/3，b/d=1/4；HL/D=1 s-漿葉螺距,N-擋板數(shù),W-擋板寬度,D-釜內(nèi)徑,d-葉輪

23、直徑,b-漿葉寬度,HL-液層深度第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率層流區(qū)(Re10)此區(qū)域內(nèi)物料不會(huì)產(chǎn)生打旋現(xiàn)象，此區(qū)域內(nèi)物料不會(huì)產(chǎn)生打旋現(xiàn)象，故重力影響可以忽略。由于不存在故重力影響可以忽略。由于不存在打旋現(xiàn)象，打旋現(xiàn)象， 因而擋板對(duì)攪拌功率因而擋板對(duì)攪拌功率沒(méi)有影響，故同一型式幾何相似攪沒(méi)有影響，故同一型式幾何相似攪拌器，不論是否裝有擋板，拌器，不論是否裝有擋板， 功率功率曲線(xiàn)均相同。曲線(xiàn)均相同。aPKdnNNRe153第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率層流區(qū)(Re10)不同型式的攪拌器在層流區(qū)內(nèi)的功率曲線(xiàn)為彼此平行的直線(xiàn)，直線(xiàn)的斜率近似為-1。 將a=-1代入32153211-153kRedn

24、KNdnNndKdnNNPK1為與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)常數(shù)為與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)常數(shù)， 其值列于表其值列于表3-2中中第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率過(guò)渡區(qū)(30Re104)物料流動(dòng)情況比較復(fù)雜，若未設(shè)擋板，Re增大，釜內(nèi)可能發(fā)生打旋現(xiàn)象。當(dāng)Re300但符合全擋板條件時(shí)， 可不考慮打旋現(xiàn)象的影響。根據(jù)Re值由圖3-13查得值，計(jì)算功率。32153dnKNdnN第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率過(guò)渡區(qū)(30Re300且釜且釜內(nèi)內(nèi)未未設(shè)設(shè)臵擋臵擋板，板， 則則重力影重力影響響不能忽略，不能忽略， 攪攪拌功率拌功率應(yīng)應(yīng)按按下下式式 計(jì)計(jì)算算：其中其中b可按下式可按下式計(jì)計(jì)算算：

25、abKFrNReplgReb、為與攪為與攪拌器型式和尺寸有拌器型式和尺寸有關(guān)關(guān)的常的常數(shù)數(shù)，其，其值值列于表列于表3-3中。中。第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率完全湍流區(qū)(Re104)釜內(nèi)未設(shè)置擋板釜內(nèi)未設(shè)置擋板釜內(nèi)設(shè)置擋板釜內(nèi)設(shè)置擋板第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率釜內(nèi)未設(shè)置擋板釜內(nèi)未設(shè)置擋板此區(qū)域內(nèi)，若釜內(nèi)未設(shè)置擋板則此區(qū)域內(nèi)，若釜內(nèi)未設(shè)置擋板則釜內(nèi)物料會(huì)發(fā)生打旋現(xiàn)象，此時(shí)釜內(nèi)物料會(huì)發(fā)生打旋現(xiàn)象，此時(shí)液面下陷呈漏斗狀，空氣被吸入液面下陷呈漏斗狀，空氣被吸入液體，使液體的表觀(guān)密度減小，液體，使液體的表觀(guān)密度減小，而攪拌功率下降。而攪拌功率下降。對(duì)于特定攪拌系統(tǒng)，可根

26、據(jù)對(duì)于特定攪拌系統(tǒng)，可根據(jù)ReRe值值由圖由圖3-133-13查得查得值，計(jì)算攪拌功值，計(jì)算攪拌功率率abKFrNReplgReb第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率釜內(nèi)設(shè)置擋板釜內(nèi)設(shè)置擋板對(duì)于設(shè)置擋板攪拌釜，由于不發(fā)對(duì)于設(shè)置擋板攪拌釜，由于不發(fā)生打旋現(xiàn)象，故重力影響可以忽生打旋現(xiàn)象，故重力影響可以忽略。此時(shí)略。此時(shí)值幾乎與值幾乎與ReRe無(wú)關(guān)，即無(wú)關(guān)，即為常數(shù)，從而有為常數(shù)，從而有532253pdnKNKdnNNK2為與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)為與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的常數(shù)的常數(shù)，其值列于表，其值列于表3-2中。中。第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率例3-13-1某釜式反應(yīng)器的內(nèi)

27、徑為1.5m1.5m， 裝有六葉直葉圓盤(pán)渦輪式攪拌器。已知攪拌器的直徑為0.5m0.5m，轉(zhuǎn)速為120r/min120r/min，反應(yīng)物料的密度為800kg/m3800kg/m3，黏度為0.2Pas0.2Pas，試計(jì)算下列兩種情況下的攪拌功率：(1)(1)釜內(nèi)未設(shè)置擋板；(2)(2)釜設(shè)置擋板，并符合全擋板條件。解： (1) (1)釜內(nèi)未設(shè)置擋板2000Re2ndRe300，且未設(shè)置擋板，重力影響不能忽略，查圖3-13曲線(xiàn)5，=1.9，d/D=0.33,查表3-3得=1.0，=40204.02gdnFr0575.0blgRe第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率Re300，且未設(shè)置擋板，重力影響不能忽

28、略，查圖3-13曲線(xiàn)5, =1.9，d/D=0.33,查表3-3得=1.0，=40204.02gdnFr0575.0blgReWdFrNb416n53(2)(2)釜內(nèi)設(shè)置擋板,符合完全擋板條件，不會(huì)打旋，重力影響可忽略，查圖3-13曲線(xiàn)5， =5.0WdnN100053第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率二、非均相液體的攪拌功率二、非均相液體的攪拌功率1 1、 液液- -液非均相攪拌液非均相攪拌2 2、 氣氣- -液非均相攪拌液非均相攪拌3 3、 固固- -液非均相攪拌液非均相攪拌第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率1 1、 液液- -液非均相攪拌液非均相攪拌(1)(1)平均密度平均密度(2)(2)平均黏

29、度平均黏度53dnNNPnd2Re gdnFr2第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率(1)(1)平均密度平均密度液-液非均相體系的平均密度可用下式計(jì)算：式中 為液-液非均相體系的平均密度 kg/m3； 為分散相的密度， kg/m3； 為連續(xù)相的密度，kg/m3； 為分散相的體積分率，無(wú)因次。cddd1dcd(2)(2)平均黏度平均黏度對(duì)于液-液非均相體系，若兩相液體的黏度均較低，則其平均黏度為：式中 為液-液非均相體系的平均黏度， Pas ； 為分散相的黏度， Pas； 為連續(xù)相的黏度， Pas 。ddc1ddc第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率對(duì)常用的水對(duì)常用的水-有機(jī)溶劑體系，若水的體積分率小于有機(jī)溶劑體系，若水的體積分率小于40%，則，則其平均黏度為：其平均黏度為：0w005.11ww若水的體積分率大于若水的體積分率大于40%40%， 則其平均黏度為：則其平均黏度為：000w61ww式中式中 為水相的黏度，為水相的黏度，Pas； 為有機(jī)溶劑相的黏度，為有機(jī)溶劑相的黏度，Pas； 為水相的體積分率；為水相的體積分率； 為有機(jī)溶劑相的體積分為有機(jī)溶劑相的體積分率。率。w0w0第三節(jié)第三節(jié) 攪拌功率攪拌功率2、 氣氣-液