《制藥工程原理與設(shè)備》第03章 液體攪拌

液體攪拌、固液提取、過濾、蒸發(fā)干燥、水蒸氣蒸餾、典型制藥裝備1整理課件第三章

液體攪拌2整理課件釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用整理課件根據(jù)釜蓋與釜體連接方式的不同，攪拌釜式反應(yīng)器可分為開式(法蘭連接)和閉式(焊接)兩大類。附圖是典型的開式攪拌釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。目前，釜式反應(yīng)器的技術(shù)參數(shù)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用整理課件

開式攪拌釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)1-攪拌器；2-罐體；3-夾套；4-攪拌軸；5-壓出管；6-支座；7-人孔；8-軸封；9-傳動(dòng)裝置釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用

整理課件

釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、加工方便；釜內(nèi)設(shè)有攪拌裝置,釜外常設(shè)傳熱夾套,傳質(zhì)和傳熱效率均較高;在攪拌良好的情況下,釜式反應(yīng)器可近似看成理想混合反應(yīng)器,釜內(nèi)濃度、溫度均一,化學(xué)反應(yīng)速度處處相等;釜式反應(yīng)器操作靈活,適應(yīng)性強(qiáng),便于控制和改變反應(yīng)條件,尤其適用于小批量、多品種生產(chǎn)。因此,釜式反應(yīng)器在藥品生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用整理課件一、概述

攪拌在藥品生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，原料藥生產(chǎn)的許多過程都是在有攪拌器的釜式反應(yīng)器中進(jìn)行的。通過攪拌，可以加速物料之間的混合,提高傳熱和傳質(zhì)速率,促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行或加快物理變化過程。例如，在液相催化加氫反應(yīng)中，攪拌既能使固體催化劑顆粒處于懸浮狀態(tài)，又能使氣體均勻地分散于液相中，從而加快化學(xué)反應(yīng)速度。同時(shí)，攪拌還能提高傳熱速率，有利于反應(yīng)熱的及時(shí)移除。整理課件一、概述攪拌操作可分為機(jī)械攪拌和氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體在液體層中鼓泡，從而對液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群以密集狀態(tài)在液體層中上升，促使液體產(chǎn)生對流循環(huán)。整理課件一、概述整理課件一、概述整理課件一、概述與機(jī)械攪拌相比，氣流攪拌的作用比較弱，尤其對于高粘度液體,氣流攪拌很難適用。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，攪拌操作多采用機(jī)械攪拌，而氣流攪拌僅用于一些特殊場合。整理課件二、常見攪拌器小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器

大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器推進(jìn)式攪拌器

渦輪式攪拌器

漿式攪拌器螺帶式攪拌器錨式和框式攪拌器

整理課件二、常見攪拌器——推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器

此類攪拌器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無外殼的軸流泵，葉輪直徑一般為釜徑的0.2~0.5倍,常用轉(zhuǎn)速為100~500rpm，葉端圓周速度可達(dá)5~15ms-1。高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器使釜內(nèi)液體產(chǎn)生軸向和切向運(yùn)動(dòng)。整理課件二、常見攪拌器——推進(jìn)式攪拌器液體的軸向分速度可使液體形成如圖所示的總體循環(huán)流動(dòng),起到混合液體的作用;而切向分速度使釜內(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,因此,應(yīng)采取措施予以抑制。總體循環(huán)流動(dòng)整理課件二、常見攪拌器——推進(jìn)式攪拌器推進(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、溶解等過程。整理課件二、常見攪拌器——推進(jìn)式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器

(a)直葉圓盤葉輪(b)彎葉圓盤葉輪

圖6-23渦輪式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器(c)直葉渦輪(d)彎葉渦輪(e)折葉渦輪圖6-23渦輪式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無泵殼離心泵,葉輪直徑為釜徑的0.2~0.5倍,常用轉(zhuǎn)速10~500rpm,葉端圓周速度可達(dá)4~10ms-1。高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器使釜內(nèi)液體產(chǎn)生切向和徑向運(yùn)動(dòng),并以很高的絕對速度沿葉輪半徑方向流出。徑向運(yùn)動(dòng)所形成的總體循環(huán)流動(dòng)如圖所示?？傮w循環(huán)流動(dòng)整理課件二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器流出液體的切向分速度使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，同樣應(yīng)采取措施予以抑制。與推進(jìn)式攪拌器相比，渦輪式攪拌器不僅能使釜內(nèi)液體產(chǎn)生較大的循環(huán)量，而且對漿葉外緣附近的液體產(chǎn)生較強(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程。整理課件二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——漿式攪拌器漿式攪拌器的旋轉(zhuǎn)直徑一般為釜徑的0.35~0.8倍，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1/10~1/4，常用轉(zhuǎn)速為1~100rpm，葉端圓周速度為1~5ms-1。

(a)平漿式(b)斜漿式(c)多斜漿式漿式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——漿式攪拌器

平漿式攪拌器可使液體產(chǎn)生切向和徑向運(yùn)動(dòng)，可用于簡單的固液懸浮、溶解和氣體分散等過程。但是,即使是斜漿式攪拌器,所造成的軸向流動(dòng)范圍也不大,故當(dāng)釜內(nèi)液位較高時(shí)，應(yīng)采用多斜漿式攪拌器,或與螺旋漿配合使用。當(dāng)旋轉(zhuǎn)直徑達(dá)到釜徑的0.9倍以上,并設(shè)置多層漿葉時(shí),可用于較高粘度液體的攪拌。整理課件二、常見攪拌器——漿式攪拌器四葉旋槳式攪拌器

整理課件二、常見攪拌器——漿式攪拌器三葉旋槳式攪拌器

整理課件二、常見攪拌器——漿式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——錨式和框式攪拌器

當(dāng)液體粘度更大時(shí)，可根據(jù)釜底的形狀，將漿式攪拌器做成錨式或框式。此類攪拌器的旋轉(zhuǎn)直徑較大，一般可達(dá)釜徑的0.9~0.98倍，常用轉(zhuǎn)速為1~100rpm，葉端圓周速度為1~5ms-1。錨式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——錨式和框式攪拌器框式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——錨式和框式攪拌器此類攪拌器一般在層流狀態(tài)下操作，主要使液體產(chǎn)生水平環(huán)向流動(dòng)，基本不產(chǎn)生軸向流動(dòng)，故難以保證軸向混合均勻。但此類攪拌器的攪動(dòng)范圍很大,且可根據(jù)需要在漿上增加橫梁和豎梁，以進(jìn)一步增大攪拌范圍,所以一般不會(huì)產(chǎn)生死區(qū)。此外,由于攪拌器與釜內(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。錨式和框式攪拌器常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應(yīng)等過程。整理課件二、常見攪拌器——螺帶式攪拌器

為進(jìn)一步提高軸向混合效果，可采用螺帶式攪拌器。此類攪拌器一般具有1~2條螺帶，其旋轉(zhuǎn)直徑亦為釜徑的0.9~0.98倍，常用轉(zhuǎn)速為0.5~50rpm，葉端圓周速度小于2ms-1。螺帶式攪拌器整理課件二、常見攪拌器——螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器亦在層流狀態(tài)下操作，但在螺帶的作用下，液體將沿著螺旋面上升或下降形成軸向循環(huán)流動(dòng)，故混合效果比錨式或框式的好，常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應(yīng)等過程。整理課件二、常見攪拌器——螺帶式攪拌器整理課件三、其他攪拌器磁力攪拌器整理課件三、提高攪拌效果的措施1.打旋現(xiàn)象及其消除2.設(shè)置導(dǎo)流筒

裝設(shè)擋板

偏心安裝整理課件三、提高攪拌效果的措施圖打旋現(xiàn)象當(dāng)攪拌器置于容器中心攪拌低粘度液體時(shí)，若葉輪轉(zhuǎn)速足夠高，液體就會(huì)在離心力的作用下涌向釜壁，使釜壁處的液面上升，而中心處的液面下降，結(jié)果形成了一個(gè)大旋渦，這種現(xiàn)象稱為打旋。整理課件三、提高攪拌效果的措施圖打旋現(xiàn)象葉輪的轉(zhuǎn)速越大，形成的旋渦就越深，但各層液體之間幾乎不發(fā)生軸向混合，且當(dāng)物料為多相體系時(shí)，還會(huì)發(fā)生分層或分離現(xiàn)象。整理課件三、提高攪拌效果的措施圖打旋現(xiàn)象更為嚴(yán)重的是,當(dāng)液面下凹至一定深度后,葉輪的中心部位將暴露于空氣中,并吸入空氣,使被攪拌液體的表觀密度和攪拌效率下降。此外,打旋還會(huì)引起功率波動(dòng)和異常作用力,加劇攪拌器的振動(dòng),甚至使其無法工作。因此,必須采取措施抑制或消除打旋現(xiàn)象。整理課件

1.打旋現(xiàn)象及其消除—裝設(shè)擋板

圖有擋板時(shí)的流動(dòng)

在釜內(nèi)裝設(shè)檔板,既能提高液體的湍動(dòng)程度，又能使切向流動(dòng)變?yōu)檩S向和徑向流動(dòng)，制止打旋現(xiàn)象的發(fā)生。如圖所示，裝設(shè)擋板后，釜內(nèi)液面的下凹現(xiàn)象基本消失，從而使攪拌效果顯著提高。

整理課件1.打旋現(xiàn)象及其消除—裝設(shè)擋板

擋板的安裝方式與液體粘度有關(guān)。對于低粘度(<7Pas)液體，可將檔板垂直縱向地安裝在釜的內(nèi)壁上，上部伸出液面，下部到達(dá)釜底。對于中等粘度(7~10Pas)液體或固液體系,應(yīng)使擋板離開釜壁，以防液體在擋板后形成較大的流動(dòng)死區(qū)或固體在擋板后積聚。對于高粘度(>10Pas)液體，應(yīng)使擋板離開釜壁并與壁面傾斜。整理課件1.打旋現(xiàn)象及其消除—裝設(shè)擋板

若擋板符合下列條件，則稱為全擋板條件，即

(1)式中W—擋板寬度，m；D—釜內(nèi)徑，m；N—擋板數(shù)。研究表明，當(dāng)擋板符合式(1)時(shí)，可獲得很好的擋板效果，此時(shí)即使再增加附件，攪拌器的功率也不再增大。例如，當(dāng)擋板數(shù)為4，擋板寬度為釜徑的1/10時(shí)，即可近似認(rèn)為符合全擋板條件。

整理課件2.打旋現(xiàn)象及其消除—偏心安裝

將攪拌器偏心或偏心且傾斜地安裝，不僅可以破壞循環(huán)回路的對稱性，有效地抑制打旋現(xiàn)象，而且可增加流體的湍動(dòng)程度，從而使攪拌效果得到顯著提高。攪拌器的典型偏心安裝方式如圖所示。圖

偏心安裝

整理課件3.打旋現(xiàn)象及其消除—設(shè)置導(dǎo)流筒

導(dǎo)流筒為一圓筒體，其作用是使?jié){葉排出的液體在導(dǎo)流筒內(nèi)部和外部形成軸向循環(huán)流動(dòng)。導(dǎo)流筒可限定釜內(nèi)液體的流動(dòng)路線，迫使釜內(nèi)液體通過導(dǎo)流筒內(nèi)的強(qiáng)烈混合區(qū)，既提高了循環(huán)流量和混合效果，又有助于消除短路與流動(dòng)死區(qū)。圖導(dǎo)流筒安裝方式(a)推進(jìn)式(b)渦輪式整理課件四、攪拌器選型不同的攪拌操作對攪拌的要求常具有共性，而不同類型的攪拌器亦具有一定的共性，因此，同一攪拌操作往往可選用幾種類型的攪拌器。反之，同一攪拌器也可用于多種攪拌操作。目前，對攪拌器的選型主要是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也可根據(jù)小試數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)方法進(jìn)行放大設(shè)計(jì)。整理課件四、攪拌器選型—低粘度均相液體的混合這是難度很小的一種攪拌過程，只有當(dāng)容積很大且要求快速混合時(shí)才比較困難。由于推進(jìn)式的循環(huán)流量較大且動(dòng)力消耗較少，所以是最適用的。渦輪式的剪切作用較強(qiáng)，但對于這種混合過程不太需要，且動(dòng)力消耗較大，故不太合理。漿式的結(jié)構(gòu)比較簡單，在小容量液體混合中有著廣泛的應(yīng)用，但當(dāng)液體容量較大時(shí)，其循環(huán)流量不足。整理課件四、攪拌器選型—高粘度均相液體的混合

當(dāng)液體粘度在0.1~1Pas時(shí)，可采用錨式攪拌器。當(dāng)液體粘度在1~10Pas時(shí)，可采用框式攪拌器，且粘度越高，豎、橫梁就越多。當(dāng)液體粘度在2~500Pas時(shí)，可采用螺帶式攪拌器。在需冷卻的夾套釜的內(nèi)壁上易形成一層粘度更高的膜層，其傳熱熱阻很大，此時(shí)宜選用大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如錨式或框式攪拌器，以減薄膜層厚度，提高傳熱效果。若反應(yīng)過程中物料的粘度會(huì)發(fā)生顯著變化，且反應(yīng)對攪拌強(qiáng)度又很敏感，可考慮采用變速裝置或分釜操作，以滿足不同階段的需要。整理課件四、攪拌器選型—分散對于非均相液體的分散過程，由于渦輪式攪拌器具有較強(qiáng)的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所以最為合適，尤其是平直葉的剪切作用比折葉和彎葉的大，則更為合適。當(dāng)液體的粘度較大時(shí)，為減少動(dòng)力消耗，宜采用彎葉渦輪。整理課件四、攪拌器選型—固體懸浮在低粘度液體中懸浮易沉降的固體顆粒時(shí)，由于開啟渦輪沒有中間圓盤，不致阻礙漿葉上下的液相混合，所以最為合適，尤其是彎葉開啟渦輪，漿葉不易磨損，則更為合適。推進(jìn)式的使用范圍較窄，當(dāng)固液密度差較大或固液比超過50%時(shí)不適用。漿式或錨式的轉(zhuǎn)速較低，僅適用于固液比較大(>50%)或沉降速度較小的固體懸浮。整理課件四、攪拌器選型—固體溶解此類操作要求攪拌器具有較強(qiáng)的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所以渦輪式最為合適。推進(jìn)式的循環(huán)流量較大，但剪切作用較小，所以用于小容量的固體溶解過程比較合理。漿式需借助擋板來提高循環(huán)能力,因此一般用于易懸浮固體的溶解操作。整理課件四、攪拌器選型—?dú)怏w吸收此類操作以各種圓盤渦輪式攪拌器最為適宜，此類攪拌器不僅有較強(qiáng)的剪切作用，而且圓盤下面可存住一些氣體，使氣體的分散更趨平穩(wěn)，而開啟渦輪則沒有這一優(yōu)點(diǎn)，故效果不好。推進(jìn)式和漿式一般不適用于氣體吸收操作。整理課件四、攪拌器選型—結(jié)晶帶攪拌的結(jié)晶過程比較復(fù)雜，尤其是需要嚴(yán)格控制晶體大小和形狀時(shí)更是如此。一般情況下，小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器，如渦輪式，適用于微粒結(jié)晶，但晶體形狀不易一致；而大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如漿式，適用于大顆粒定形結(jié)晶，但釜內(nèi)不宜設(shè)置擋板。整理課件四、攪拌器選型—傳熱傳熱量較小的夾套釜可采用漿式攪拌器;中等傳熱量的夾套釜亦可采用漿式攪拌器,但釜內(nèi)應(yīng)設(shè)置擋板;當(dāng)傳熱量很大時(shí),釜內(nèi)可用蛇管傳熱,采用推進(jìn)式或渦輪式攪拌器,并在釜內(nèi)設(shè)置擋板。整理課件四、攪拌器選型整理課件

(一)均相液體的攪拌功率

(二)非均相液體的攪拌功率

(三)非牛頓型液體的攪拌功率

五、攪拌功率整理課件

1.功率曲線和攪拌功率的計(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)物料的流型和湍動(dòng)程度，它是葉輪形狀、大小、轉(zhuǎn)速、位置以及液體性質(zhì)、反應(yīng)釜尺寸與內(nèi)部構(gòu)件的函數(shù)。(一)均相液體的攪拌功率整理課件

研究表明,均相液體的功率準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式可表示為(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)式中NP—功率準(zhǔn)數(shù);Re—攪拌雷諾數(shù);Fr—弗勞德數(shù),即流體的慣性力與重力之比,是反映重力對攪拌功率影響的準(zhǔn)數(shù);K—系統(tǒng)的總形狀系數(shù),反映系統(tǒng)幾何構(gòu)型對攪拌功率的影響;P—功率消耗,W;n—葉輪轉(zhuǎn)速,rps;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。(一)均相液體的攪拌功率整理課件式亦可改寫為(3-6)式中

—功率因數(shù)。

對于不打旋的攪拌系統(tǒng)，重力的影響可以忽略，即b=0，則式(3-6)可簡化為(3-7)

(一)均相液體的攪拌功率整理課件由實(shí)驗(yàn)測出各種攪拌器的或NP與Re的關(guān)系，并標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，即得功率曲線。幾種攪拌器的功率曲線如圖3-8所示。顯然，在相同條件下，徑向型的渦輪式攪拌器比軸流型的推進(jìn)式攪拌器提供的功率要大。(一)均相液體的攪拌功率整理課件

圖3-8攪拌器的功率曲線(P78)1-三葉推進(jìn)式,s=d,無擋板；2-三葉推進(jìn)式,s=d,全擋板；3-三葉推進(jìn)式,s=2d,無擋板；4-三葉推進(jìn)式，s=2d，全擋板；5-六葉直葉圓盤渦輪，無擋板；6-六葉直葉圓盤渦輪，全擋板；7-六葉彎葉圓盤渦輪，全擋板；8-雙葉平漿，全擋板全擋板：N=4，W=0.1D；各曲線：d/D1/3，b/d=1/4；HL/D=1s-漿葉螺距,N-擋板數(shù),W-擋板寬度,D-釜內(nèi)徑,d-葉輪直徑,b-漿葉寬度,HL-液層深度整理課件

根據(jù)Re的大小,亦可將攪拌釜內(nèi)的流動(dòng)情況分為層流、過渡區(qū)和湍流。當(dāng)然,攪拌器的型式不同,劃分層流區(qū)與湍流區(qū)的Re值不完全相同。由圖3-8可知,在層流區(qū)(Re<10),不同型式攪拌器的功率曲線均為直線，直線的斜率均為1，且同一型式幾何相似的攪拌器，不論是否裝有擋板，功率曲線均相同，即擋板對攪拌功率沒有影響。而在完全湍流區(qū)(Re>104)，同一種漿葉，有擋板時(shí)比無擋板時(shí)提供的功率要大。(一)均相液體的攪拌功率整理課件

對于給定的攪拌系統(tǒng)，可先由功率曲線查出功率因數(shù)或功率準(zhǔn)數(shù)，然后再經(jīng)計(jì)算得出所需的攪拌功率。此外，對于特定的攪拌器，還可按流動(dòng)狀況對功率曲線進(jìn)行回歸，得到計(jì)算攪拌功率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。例如，由層流區(qū)(Re<10)的功率曲線可得攪拌功率的計(jì)算式為(3-8)式中K1—與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的常數(shù)，常見攪拌器的K1值如表3-2所示。(一)均相液體的攪拌功率整理課件

攪拌器型式K1K2攪拌器型式K1K2葉推進(jìn)式雙葉單平漿式d/b=443.01.0d/b=636.5

4.5d/b=833.0六葉直葉渦輪3.049.06.171.04.8螺帶式340h/d

六葉斜葉渦輪1.5搪瓷錨式245

四葉直葉圓盤渦輪六葉直葉圓盤渦輪六葉彎葉圓盤渦輪s=ds=2d41.043.570.070.070.070.070.00.32四葉雙平漿式d/b=6六葉三平漿式d/b=62.751.151.602.253.82注：s-漿葉螺距；d-旋轉(zhuǎn)直徑；b-漿葉寬度；h-螺帶高度。(一)均相液體的攪拌功率

表3-2攪拌器的K1、K2值整理課件

又如，由完全湍流區(qū)(Re>104)的功率曲線可得有擋板時(shí)的攪拌功率計(jì)算式為(3-9)式中K2—與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的常數(shù),攪拌器的K2值見表3-2。(一)均相液體的攪拌功率整理課件對于無擋板且Re>300的攪拌系統(tǒng)，重力的影響不能忽略，此時(shí)式(3-6)中的b可按下式計(jì)算(3-10)式(3-10)中、的值取決于物料的流動(dòng)狀況及攪拌器的型式和尺寸。常見攪拌器的、值見表3-3。(一)均相液體的攪拌功率整理課件表3-3攪拌器的和值(Re>300)d/D三葉推進(jìn)式六葉彎葉渦輪六葉直葉渦輪0.480.370.330.300.200.300.332.62.32.11.701.01.0181818181840.040.0(一)均相液體的攪拌功率

整理課件例3-1某釜式反應(yīng)器的內(nèi)徑為1.5m，裝有六葉直葉圓盤渦輪式攪拌器，攪拌器的直徑為0.5m，轉(zhuǎn)速為150rpm，反應(yīng)物料的密度為960kgm-3，粘度為0.2Pas。試計(jì)算攪拌功率。

解：(1)計(jì)算Re

(一)均相液體的攪拌功率整理課件(2)計(jì)算攪拌功率P由圖3-13中的曲線5查得=1.8；由表3-3查得=1.0，=40.0。則(一)均相液體的攪拌功率整理課件由式(3-3)和(3-6)得

W(一)均相液體的攪拌功率整理課件

功率曲線都是以一定型式、尺寸的攪拌器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而測得的,利用功率曲線計(jì)算攪拌功率,攪拌器的型式、尺寸應(yīng)符合功率曲線的測定條件。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，攪拌器的型式、尺寸是多種多樣的，其功率曲線往往不能從手冊或資料中直接查到。此時(shí)，若已知各種參數(shù)對攪拌功率的影響，則可按構(gòu)型相似的攪拌器的功率曲線計(jì)算出攪拌功率，然后再加以校正,估算出實(shí)際裝置的攪拌功率。(一)均相液體的攪拌功率整理課件(1)漿葉數(shù)量的影響(2)漿葉直徑的影響(3)漿葉寬度的影響(4)液層深度的影響(5)漿葉層數(shù)及層間距的影響

(一)均相液體的攪拌功率整理課件

對圓盤渦輪式攪拌器，可先利用圖3-13計(jì)算出攪拌功率，再按下式進(jìn)行校正(3-11)式中P—校正后的攪拌功率,W或kW;

P—按6片漿葉由圖3-13求出的攪拌功率,W或kW;nb—實(shí)際漿葉數(shù);m1—與漿葉數(shù)有關(guān)的常數(shù)。當(dāng)nb=2,4,6時(shí),m1=0.8;當(dāng)nb=8,10,12時(shí),m1=0.7。(一)均相液體的攪拌功率整理課件

當(dāng)漿葉直徑不符合d/D=1/3時(shí)，可先利用圖3-13計(jì)算出攪拌功率，再按下式進(jìn)行校正(3-12)式中m2——與攪拌器型式有關(guān)的常數(shù)。對推進(jìn)式或渦輪式攪拌器，m2=0.93；對漿式攪拌器，m2=1.1。(一)均相液體的攪拌功率整理課件

當(dāng)漿葉寬度不符合b/d=1/4時(shí)，可先利用圖3-13計(jì)算出攪拌功率，再按下式進(jìn)行校正(3-13)式中m3——與攪拌器型式、尺寸及物料流動(dòng)狀況有關(guān)的常數(shù)。湍流狀態(tài)下，對徑向流葉輪(平漿、開式渦輪)，m3=0.3~0.4；對六葉圓盤渦輪，當(dāng)b/d=0.2~0.5時(shí)，m3=0.67。(一)均相液體的攪拌功率整理課件

當(dāng)液層深度不符合HL/D=1時(shí)，可先利用圖3-13計(jì)算出攪拌功率，再按下式進(jìn)行校正(3-14)(一)均相液體的攪拌功率整理課件

若液層過高，即使是低粘度液體，也要考慮設(shè)置多層漿葉。一般情況下，當(dāng)時(shí)，應(yīng)考慮采用多層漿葉，各層漿葉之間的距離可取漿徑的1.0~1.5倍。(一)均相液體的攪拌功率整理課件

如圖所示,當(dāng)層間距s1大于1.5d時(shí),雙層直葉的功率約為單層直葉的2倍,直葉和折葉組合的功率約為單層直葉的1.5倍,而雙層折葉的功率與單層直葉的功率基本相當(dāng)。(一)均相液體的攪拌功率

圖3-14開啟渦輪的層間距對功率的影響1-雙層直葉;2-直葉與折葉;3-雙層折葉P1-單層直葉的功率,P2-雙層渦輪的功率整理課件

對于推進(jìn)式攪拌器，在層流區(qū)，雙層推進(jìn)式的功率約為單層時(shí)的2倍；而在湍流區(qū)，雙層推進(jìn)式的功率隨著層間距的增大而線性增大，如圖所示。

圖3-15推進(jìn)式的層間距對功率的影響P1-單層時(shí)的功率，P2-雙層時(shí)的功率(一)均相液體的攪拌功率

整理課件

例3-2某釜式反應(yīng)器的內(nèi)徑為1.5m,裝有單層8葉直葉圓盤渦輪式攪拌器,攪拌器的直徑為0.4m,轉(zhuǎn)速為150rpm，葉片寬度約為葉輪直徑的1/5。釜內(nèi)裝有擋板，并符合全擋板條件。裝液深度為2m，物料密度為1000kgm-3，粘度為0.004Pas。試計(jì)算攪拌功率。

解：以圖3-13中的曲線6為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。曲線6所對應(yīng)的攪拌器為單層六葉直葉圓盤渦輪式攪拌器，其幾何尺寸為d/D=1/3、b/d=1/4、HL/D=1，并符合全擋板條件。

(一)均相液體的攪拌功率整理課件

(1)由圖3-13中的曲線6計(jì)算攪拌功率由圖3-13中的曲線6查得。由式(3-3)得

W

(一)均相液體的攪拌功率整理課件(2)校正漿葉數(shù)量的影響

由式(3-11)得

W(3)校正漿葉直徑的影響

由式(3-12)得

W(一)均相液體的攪拌功率整理課件(4)校正漿葉寬度的影響

由式(3-13)得W(5)校正液層深度的影響

由式(3-14)得

W故所求攪拌功率為P=P5=1577.2W1.58kW(一)均相液體的攪拌功率整理課件

1.液—液相攪拌對于液—液非均相體系，可先計(jì)算出平均密度和平均粘度，再按均相液體計(jì)算攪拌功率。(1)平均密度(3-15)式中d—分散相的密度，kgm-3；c—連續(xù)相的密度，kgm-3；d—分散相的體積分率。(二)非均相液體的攪拌功率整理課件

(2)平均粘度當(dāng)兩相液體的粘度均較低時(shí)(3-16)式中d—分散相的粘度，Pas；c—連續(xù)相的粘度，Pas。(二)非均相液體的攪拌功率整理課件

對常用的水—有機(jī)溶劑體系，當(dāng)水的體積分率w小于40%時(shí)，(3-17)式中w—水相的粘度,Pas；o—有機(jī)溶劑相的粘度,Pas。當(dāng)w>40%時(shí)(3-18)(二)非均相液體的攪拌功率整理課件

2.氣—液相攪拌通入氣體后，攪拌器周圍液體的表觀密度將減小，從而使攪拌所需的功率顯著降低。對于渦輪式攪拌器,通氣攪拌功率用下式計(jì)算(3-19)式中Pg、P—分別為通氣和不通氣時(shí)的攪拌功率，W或kW；

Q—操作狀態(tài)下的通氣量,m3s-1。(二)非均相液體的攪拌功率整理課件

例3-3若在例3-2的反應(yīng)釜中通入空氣，操作狀態(tài)下的通氣量為2m3min-1，求攪拌功率。解：則kW(二)非均相液體的攪拌功率整理課件

3.固—液相攪拌當(dāng)固體顆粒的量不大時(shí)，可近似看成均一的懸浮狀態(tài)。此時(shí)可先計(jì)算出平均密度和平均粘度，再按均相液體計(jì)算攪拌功率。(1)平均密度(3-20)式中s—固體顆粒的密度,kg