第二章-液體攪拌-ppt.ppt

1、第二章 液體攪拌,1,中藥制藥工程原理與設備,2,液體的機械攪拌,本章以機械攪拌為主，重點討論 （一）混合的機理; （二）攪拌器的選型; （三）攪拌器功率的計算; （四）攪拌器的放大.,液體的機械攪拌（生活上的例子）,（一）混合的機理,3,1. 總體流動（層流特征），大尺度的混合,2. 強剪切，高度湍動（湍流特征），小尺度 的混合,(一)小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器,(二）大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器,螺旋槳式攪拌器 (propeller agitator ),渦輪式攪拌器 (turbine agitator),漿式攪拌器 (paddle agitator),螺帶式攪拌器 (Helical ribbon agit

2、ator),錨式和框式攪拌器 (Anchor and grid agitator),一、常見攪拌器,（二）攪拌器的類型,（二）攪拌器的類型,螺旋槳式,平渦輪,曲葉渦輪,折葉槳式,錨式,雙螺旋帶式,(一)小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器,實質(zhì)上是一個無外殼的軸流泵。 葉輪直徑d=0.20.5D（釜內(nèi)徑） 轉(zhuǎn)速n:100500rpm， 葉端圓周速度：515ms-1。 使釜內(nèi)液體產(chǎn)生軸向和切向運動。,1. 螺旋漿式攪拌器propeller agitator,（二）攪拌器的類型,軸向分速度可使液體形成總體循環(huán)流動,起到混合液體的作用 切向分速度使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運動,并形成旋渦,不利于液體的混合,且當物料為多相體系

3、時,還會產(chǎn)生分層或分離現(xiàn)象應抑制,應用領域：推進式攪拌器產(chǎn)生的湍動程度不高，但液體循環(huán)量較大，常用于低粘度(2Pas)液體的傳熱、反應以及固液比較小的懸浮、溶解等過程。,（二）攪拌器的類型,2.渦輪式攪拌器(turbine agitator),(a) 直葉圓盤葉輪,(b) 彎葉圓盤葉輪,(c) 直葉渦輪,(d) 彎葉渦輪,(e) 折葉渦輪,（二）攪拌器的類型,實質(zhì)上是一個無泵殼離心泵 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)生切向和徑向運動 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 切向分速度產(chǎn)生圓周運動應抑制,應用：較強

4、的剪切作用，常用于粘度小于50Pas液體的傳熱、反應以及固液懸浮、溶解和氣體分散等過程；不適用含較重顆粒的懸浮液攪拌。,（二）攪拌器的類型,液體的流速越大，流動阻力就越大； 而在達到完全湍流區(qū)之前，隨著液體粘度的增大，流動阻力也隨之增大。,（二）大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器,當渦輪式攪拌器用于與水相近的低粘度液體攪拌時，其軸向所及范圍約為釜徑的4倍； 但當液體的粘度增大至50Pas時，其所及范圍將縮小為釜徑的一半。,高轉(zhuǎn)速攪拌器的存在的問題,旋轉(zhuǎn)直徑d=0.350.8D(用于高粘度液體時可達釜徑的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-

5、1。,3.槳式攪拌器(paddle agitator),(a) 平漿式,(c) 多斜漿式,(b) 斜漿式,應用：平漿式攪拌器可使液體產(chǎn)生切向和徑向運動，可用于簡單的固液懸浮、溶解和氣體分散等過程。,（二）攪拌器的類型,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 (anchor and grid agitator),特點與應用： 攪動范圍很大, 可根據(jù)需要增加橫梁和豎梁，一般不會產(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 常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應等過程。,（二）攪拌器的類型,5.螺帶式攪拌器(

6、helical ribbon agitator),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,應用： 常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應等過程。,（二）攪拌器的類型,2.打旋現(xiàn)象及其消除,3.設置導流筒(draft tube),裝設擋板 (baffle plate),偏心安裝 (Eccentric fixing),二、攪拌過程的強化措施,1.適當提高轉(zhuǎn)速(rotate speed),6,攪拌器的強化措施：,1. 提高攪拌器的轉(zhuǎn)速。（提高湍動程度）,壓頭H與轉(zhuǎn)速n和半徑d的關系：,7,攪拌器的強化措施：,2. 抑制“打旋”現(xiàn)象.,“打旋”,層流特征

7、，無速度梯度，無湍動.,8,攪拌器的強化措施：,2. 抑制“打旋”現(xiàn)象.,采用的方法：,（1）攪拌罐內(nèi)裝擋板,（2）攪拌器偏心或者 偏心且傾斜安裝,9,攪拌器的強化措施：,3. 加設導流筒.,攪拌器的選型：,（三）攪拌功率,總體流動控制,湍流流動控制,攪拌過程,大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器,小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器,較大的流量qv,大尺度的均勻混合。,較大的壓頭H, 將微團分散得很小。,1.功率曲線和攪拌功率的計算 攪拌器工作時，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動狀態(tài)，它是葉輪形狀、大小、轉(zhuǎn)速、位置以及液體性質(zhì)、反應釜尺寸與內(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

8、影響。,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) 攪拌功率(均相液體),凡是根據(jù)基本物理規(guī)律導出的物理方程，其各項的量綱必然相同。,基本量綱,在SI制中，將長度L，時間和質(zhì)量m的量綱作為基本量綱，分別以L， T和 M表示。,量綱一致性原則,量綱分析法分析功率,均相液體的功率準數(shù)關聯(lián)式為 NP功率準數(shù); Re攪拌雷諾數(shù)，反映流動狀況對攪拌功率的影響； 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; a,b指數(shù)，

9、其值與物料流動狀況及攪拌器型式和尺寸等因素有關，一般由實驗測定，無因次,第三節(jié) 攪拌功率(均相液體),攪拌器的功率曲線 1-三葉推進式,s=d,無擋板；2-三葉推進式,s=d,全擋板；3-三葉推進式,s=2d,無擋板； 4-三葉推進式，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=1 s-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,由層流區(qū)(Re10)的功率曲線可得攪拌功率的計算式為 K1與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關的常數(shù),第三節(jié) 攪拌功率(均相液體),由完全湍流區(qū)(Re104)的功率曲線可得有擋板時的攪拌功率計算式為 式中K2與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關的常數(shù),第三節(jié) 攪拌功率(均相液體),電機的功率一般去1.25P,（四）攪拌器的放大,1. 放大基礎,（四）攪拌器的放大,2. 按功率數(shù)據(jù)放大,（四）攪拌器的放大, 3. 按工藝結(jié)果放大,（1）保持雷諾數(shù)不變，滿足