化工原理上冊(cè)課件第四章-液體攪拌課件

1第四章液體攪拌通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握常用典型攪拌器的性能，以便根據(jù)攪拌目的、物料特性和工藝對(duì)混合指標(biāo)的要求，選擇適宜結(jié)構(gòu)形式的攪拌裝置并確定最佳的操作條件（如轉(zhuǎn)速、功率等）。學(xué)習(xí)目的與要求2使兩種或多種不同的物料達(dá)到均勻混合的單元操作稱(chēng)為物料的攪拌或混合。攪拌攪拌的目的（1）使被攪拌物料各處達(dá)到均質(zhì)混合狀態(tài)（2）強(qiáng)化傳熱過(guò)程（3）強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程（4）促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)概述3第四章液體攪拌4.1攪拌器的性能和混合機(jī)理4.1.1攪拌設(shè)備4一．?dāng)嚢柙O(shè)備的基本結(jié)構(gòu)攪拌設(shè)備攪拌裝置軸封（填料函密封和機(jī)械密封）攪拌槽（釜）攪拌器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)葉輪攪拌軸槽體附件（擋板、導(dǎo)流筒等）5圖4-1典型的攪拌設(shè)備1―攪拌槽；2―攪拌器；3―攪拌軸；4―加料管；5―電動(dòng)機(jī)；6―減速機(jī)；7―聯(lián)軸節(jié)；8―軸封；9―溫度計(jì)套管；10―擋板；11―放料閥一．?dāng)嚢柙O(shè)備的基本結(jié)構(gòu)動(dòng)畫(huà)206二．機(jī)械攪拌器的類(lèi)型平葉(如平葉槳式、平直葉渦輪式)折葉（如折葉槳式）螺旋面葉（如推進(jìn)式、螺帶式、螺桿式等）葉片形狀7適用于低中粘度的有槳式、渦輪式、推進(jìn)式（又稱(chēng)旋槳式）及三葉后掠式；適用于高粘度的大葉片、低轉(zhuǎn)速攪拌器，如錨式、框式、螺帶式、螺桿式及開(kāi)啟平葉渦輪式等。對(duì)液體黏度適應(yīng)性二．機(jī)械攪拌器的類(lèi)型8一類(lèi)以渦輪式為代表，具有流量小、壓頭較高的特點(diǎn)。平槳式、錨式、框式也屬于這一類(lèi)攪拌器，但其生產(chǎn)的壓頭較低。一類(lèi)以推進(jìn)式為代表，具有流量大、壓頭低的特點(diǎn)。螺帶式，折葉槳式等也屬于此類(lèi)。工作原理二．機(jī)械攪拌器的類(lèi)型9三．?dāng)嚢杵鞯男阅軒追N常用攪拌器的典型尺寸比例、操作參數(shù)（主要指轉(zhuǎn)速或葉片端部周?chē)俣龋?duì)液體粘度的適用范圍及攪拌槽中液體的流動(dòng)狀況都標(biāo)注于表4-1中。10第四章液體攪拌4.1攪拌器的性能和混合機(jī)理4.1.1攪拌設(shè)備4.1.2攪拌作用下流體的流動(dòng)11一．?dāng)嚢杵鞯幕玖餍蛿嚢璨鄣牧鲃?dòng)：1.在攪拌槽內(nèi)形成一個(gè)循環(huán)流動(dòng)，稱(chēng)為總體流動(dòng)，達(dá)到大尺寸的宏觀混合；2.高速旋轉(zhuǎn)的葉輪及其射流核心與周?chē)黧w產(chǎn)生強(qiáng)剪切（或高度湍動(dòng)），以實(shí)現(xiàn)小尺寸的均勻混合。12攪拌槽內(nèi)液體進(jìn)行著三維流動(dòng)：徑向流周向流軸向流一．?dāng)嚢杵鞯幕玖餍?3二．流體的流動(dòng)狀態(tài)攪拌雷諾數(shù)葉輪直徑攪拌器轉(zhuǎn)速液體黏度液體密度14圖4-2（a）葉輪周?chē)后w隨葉輪旋轉(zhuǎn)作周向流，遠(yuǎn)離葉輪的液體基本是靜止的，屬于完全層流。二．流體的流動(dòng)狀態(tài)15圖4-2（b）液體的運(yùn)動(dòng)達(dá)到槽壁，并沿槽壁有少量上下循環(huán)流發(fā)生，此現(xiàn)象為部分層流，仍為層流范圍。二．流體的流動(dòng)狀態(tài)16圖4-2（c）槳葉附近的液體已出現(xiàn)湍流，而其外周仍為層流，此為過(guò)渡流狀態(tài)。二．流體的流動(dòng)狀態(tài)17圖4-2（d）流體達(dá)湍流狀態(tài)。若槽壁處無(wú)擋板時(shí)，由于離心力的作用，攪拌軸附近會(huì)形成旋渦，攪拌器轉(zhuǎn)速越大，形成的旋渦越深，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“打旋”。二．流體的流動(dòng)狀態(tài)18圖4-2（e）槽內(nèi)加擋板，抑制“打旋”現(xiàn)象發(fā)生。二．流體的流動(dòng)狀態(tài)19三．?dāng)嚢璨蹆?nèi)液體的循環(huán)量和壓頭1．排液量和液體的循環(huán)量指參與循環(huán)流動(dòng)的所有液體的體積流量（包括排出流量和誘導(dǎo)流量）。排液量從葉輪直接排出的液體流量稱(chēng)為排液量。循環(huán)量202．?dāng)嚢璨蹆?nèi)液體的壓頭攪拌器葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)既能使液體產(chǎn)生流動(dòng)，又能產(chǎn)生用來(lái)克服流動(dòng)阻力的壓頭。壓頭通常用速度頭的倍數(shù)來(lái)表示。液體離開(kāi)葉輪的速度因此壓頭功率三．?dāng)嚢璨蹆?nèi)液體的循環(huán)量和壓頭213．?dāng)嚢栊Чcq/H葉輪操作的基本原則是：當(dāng)消耗相同的功率時(shí)，若攪拌過(guò)程是以宏觀混合為目的（即大循環(huán)流小剪切），宜采用大直徑、低轉(zhuǎn)速的葉輪。相反，如果要求高剪切流動(dòng)（即小尺寸的微觀混合），則宜采用小直徑、高轉(zhuǎn)速葉輪。三．?dāng)嚢璨蹆?nèi)液體的循環(huán)量和壓頭22四．增強(qiáng)攪拌槽內(nèi)液體湍動(dòng)的措施抑制“打旋”現(xiàn)象的發(fā)生設(shè)置導(dǎo)流筒提高攪拌器轉(zhuǎn)速23第四章液體攪拌4.1攪拌器的性能和混合機(jī)理4.1.1攪拌設(shè)備4.1.2攪拌作用下流體的流動(dòng)4.1.3混合機(jī)理24一．均相液體的混合機(jī)理1．總體對(duì)流擴(kuò)散排出流和誘導(dǎo)流造成槽內(nèi)液體大范圍宏觀流動(dòng)，并產(chǎn)生整個(gè)槽內(nèi)液體流動(dòng)循環(huán)，這種流動(dòng)稱(chēng)為總體流動(dòng)。總體流動(dòng)能使液體宏觀上均勻混合（大尺度的混合）。252．渦流擴(kuò)散由于射流中心與周?chē)后w交界處的速度梯度很大而產(chǎn)生強(qiáng)的剪切作用，對(duì)低黏度的液體形成大量旋渦。旋渦的分裂破碎及能量傳遞，使微團(tuán)尺寸減?。ㄗ钚〕叽缈蛇_(dá)微米級(jí)），從而達(dá)到小尺寸的微觀均勻組合。一．均相液體的混合機(jī)理263．分子擴(kuò)散均相液體在分子尺度的均勻混合靠分子擴(kuò)散。但是槽內(nèi)液體強(qiáng)的湍動(dòng)使微團(tuán)尺寸的減小，大大加速了分子擴(kuò)散。一．均相液體的混合機(jī)理27二．非均相物系的混合機(jī)理對(duì)于非均相物系，為達(dá)到小尺度的宏觀混合，同樣應(yīng)強(qiáng)化湍動(dòng)，使分散相尺寸盡可能減小。28第四章液體攪拌4.1攪拌器的性能和混合機(jī)理4.1.1攪拌設(shè)備4.1.2攪拌作用下流體的流動(dòng)4.1.3混合機(jī)理4.1.4其它類(lèi)型混合器（自學(xué)）4.1.5攪拌器的選型和發(fā)展趨勢(shì)（自學(xué)）29第四章液體攪拌4.2 攪拌功率4.2.1攪拌功率的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式30一．影響攪拌功率的因素（1）攪拌器的因素槳葉形狀、葉輪直徑及寬度、葉片數(shù)目、在槽內(nèi)安裝高度等。（2）攪拌槽的因素槽形、槽內(nèi)徑、擋板數(shù)目及寬度、導(dǎo)流筒的尺寸、液位高度等。（3）物性因素主要是被攪拌物料的密度和黏度。（4）出現(xiàn)打旋現(xiàn)象時(shí)還需考慮重力加速度的影響。31二．?dāng)嚢韫β实臏?zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式攪拌功率和各變量之間的一般函數(shù)關(guān)系式可表達(dá)為通過(guò)量綱分析可得32功率數(shù)攪拌雷諾數(shù)弗魯?shù)聰?shù)包含待求功率衡量流體流動(dòng)狀態(tài)衡量重力的影響二．?dāng)嚢韫β实臏?zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式33再令則有對(duì)于全擋板條件的攪拌裝置，二．?dāng)嚢韫β实臏?zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式34對(duì)于一定幾何構(gòu)形的攪拌設(shè)備，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式或算圖。攪拌功率計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式很多，比較成熟的是均相系統(tǒng)，并以它為基礎(chǔ)估算非均相系統(tǒng)的攪拌功率。二．?dāng)嚢韫β实臏?zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式35第四章液體攪拌4.2 攪拌功率4.2.1攪拌功率的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式4.2.2均相系統(tǒng)攪拌功率的計(jì)算（自學(xué)）4.2.3非均相物系攪拌功率的計(jì)算（選讀）4.2.4非牛頓型流體的攪拌功率（選讀）36第四章液體攪拌4.3

攪拌設(shè)備的放大37一．?dāng)嚢柙O(shè)備放大基礎(chǔ)要完成可靠的放大工作，要滿足兩個(gè)必要條件：（1）所研究的體系必須是相當(dāng)單純的。對(duì)于攪拌過(guò)程來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的抗拒力應(yīng)是黏性力、重力、界面張力三個(gè)力中的一個(gè)力所決定，而不是這三個(gè)共同決定的。攪拌槽安裝擋板即消除了重力的影響，再忽略界面張力的影響，于是變成單純的粘性力（Re）作為相似條件。（2）當(dāng)設(shè)備尺寸由小放大時(shí)，上述的單純條件同樣保持不變。38二．?dāng)嚢柙O(shè)備的放大1.按攪拌功率放大幾何構(gòu)形相同的攪拌設(shè)備，不論其尺寸大小，均可用同一條功率曲線。即只要Re相等，則Φ值必相同。如果符合全擋板條件，相同的Re對(duì)應(yīng)相等的PN值。這樣通過(guò)測(cè)量試驗(yàn)設(shè)備的攪拌功率便可推算出生產(chǎn)設(shè)備的攪拌功率。392.按工藝過(guò)程結(jié)果放大在幾何相似系統(tǒng)中獲得相同的攪拌效果，有以下一些放大準(zhǔn)則可供選擇，即（1）保持?jǐn)嚢枥字Z數(shù)Re相等（2）保持單位體積攪拌功率P/V不變（3）保持?jǐn)嚢杵髁髁亢蛪侯^的比值q/H不變（4）保持?jǐn)嚢杵魅~端速度πnd不變二．?dāng)嚢柙O(shè)備的放大40練習(xí)題目思考題作業(yè)題:1、2、31．?dāng)嚢杵鞯膬蓚€(gè)基本功能是什么？2.攪拌的目的是什么？3.提高攪拌槽內(nèi)液體湍動(dòng)強(qiáng)度的措施有哪些？4.選擇放大準(zhǔn)則的基本要求是什么？。41攪拌設(shè)備——幾種常用攪拌器的結(jié)構(gòu)、性能混和機(jī)理——提高攪拌槽內(nèi)液體湍動(dòng)程度的 措施

功率估算攪拌設(shè)備的放大——了解工程放大的原則和 方法學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章重點(diǎn)掌握的內(nèi)容賣(mài)油翁下課了，回顧學(xué)習(xí)一個(gè)小故事吧！學(xué)習(xí)目標(biāo)1、復(fù)述故事，深入理解文章內(nèi)容，初步把握人物形象。2、學(xué)會(huì)利用文中關(guān)鍵詞句分析人物形象。3、體會(huì)文章所揭示的深刻道理。故事發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、人物、事件的起因、經(jīng)過(guò)和結(jié)果要復(fù)述清楚?？磮D復(fù)述課文內(nèi)容自學(xué)指導(dǎo)(一)1、作者運(yùn)用哪幾種方法去刻畫(huà)人物的形象？從文中找出具體句子進(jìn)行分析。并說(shuō)說(shuō)你是如何看待這兩個(gè)人物的。2、從這個(gè)故事中你懂得了什么道理？自學(xué)指導(dǎo)(二)陳堯咨（善射）賣(mài)油翁（善酌）動(dòng)作神態(tài)語(yǔ)言睨之無(wú)他，但手熟爾以我酌油知之我亦無(wú)他，惟手熟爾汝亦知射乎吾射不亦精乎爾安敢輕吾射釋擔(dān)而立但微頷之取置覆酌瀝性格:自矜（驕傲）謙虛對(duì)比道理:熟能生巧,即使有什么長(zhǎng)處也不必驕傲自滿。忿然笑而遣之笑而遣之1、聯(lián)系生活、學(xué)習(xí)，說(shuō)說(shuō)熟能生巧的事例。

2、你認(rèn)為一個(gè)人應(yīng)該如何看待自己的長(zhǎng)處？又如何看待他人的長(zhǎng)處？課外延伸人外有人，天外有天。取人之長(zhǎng)，補(bǔ)己之短。自滿人十事九空，虛心人萬(wàn)事可成。謙受益，滿招損。三人行，必有我?guī)熝伞衿渖普叨鴱闹?，其不善者而改之。驕傲自滿是我們的一座可怕的陷阱；而且，這個(gè)陷阱是我