






搅拌器放大中的流体切应变速率
切应变速率是速度随位置的变化率,由速度分布图很容易转化成切应变速率分布图。对于切应变速率,重要的是其大值和平均值。
大量的研究表明,搅拌器中的大切应变速率与转速和搅拌器直径均成正比,而平均切应变速率仅与转速成正比,但几乎不受搅拌器直径变化的影响。因此,转速增大,平均切应变速率和大切应变速率均增大;当转速一定,搅拌器直径增大时,大切应变速率将增大,而平均切应变速率保持不变。 因而几何相似放大后(保持单位体积功率不变,转速下降,直径增加),搅拌器大切应变速率增加,而平均切应变速率下降,见下图。这也是放大后,造成大釜行为显著变化的主要原因。
对于气液过程,表观气体速率和单位体积搅拌功率是关联气液质量传递系数的有效参数,这些关系式相对来说独立于搅拌器规模。
当一种外加流体与正在容器内流动的流体混合时,混合时间与容器内的循环时间直接相关,对于这种混合过程,如果维持单位体积流体的搅拌器排液量恒定,单位体积搅拌功率将随釜径的平方关系增加,这样随着搅拌器的放大,功率增加的幅度是不现实的,所以随着搅拌器的放大,循环时间常常必须增加。
对于固体悬浮过程,描述方法可以有离底悬浮和完全均匀,单位体积功相等可以近似作为放大过程的标准。
高固体含量的淤浆体系通常呈现很强的假塑性,随着过程的放大,单位体积功有所下降。



螺杆式搅拌器:螺杆搅拌器适合于高黏度介质的搅拌,具有一个或多个叶片,叶片螺距与搅拌器直径相等。与螺带式不同,它保证了中心部分流体的流动,但近壁处流体的流动状况较差。搅拌器直径d与容器内直径D之比为0.3。螺杆常与螺带组合在一个轴上,称为螺带-螺杆式搅拌器,这时螺杆直径可适当增加,其比值可到d/D=0.5。螺杆与螺带的螺旋方向相反,螺杆推动液体向下,螺带推动液体向上,造成液体的全罐混合均匀。螺杆式搅拌器还可以和导流筒组成搅拌系统,该组合式搅拌器在层流区和过渡流区都有很高的混合效率,水处理搅拌器,适用于随反应进行,物料黏度逐渐增大,由过渡流至层流的溶液聚合等反应。当热负荷较大时,中和釜搅拌器,导流筒筒壁可通入换热介质,增加换热面积。


搅拌器混合速率和混合效率
在搅拌器的搅拌过程中,我们常用均一化时间θm来定量地表示混合速率。均一化时间θm的定义是:将两种完全互溶,但其物理或化学性质(如电导率、颜色、温度、折光率等)有差异的流体通过搅拌使之达到规定混合程度所需的时间。由于测量混合时间的种种条件以及所要求达到的终均匀程度是人为确定的,故θm的数值仅在相同的测试条件下有相互比较的价值。
在对比不同搅拌叶轮的混合速率时常用无量纲混合时间,即混合时间数Tm:
Tm=θmN
Tm的物理意义为:达到规定混合,搅拌器叶轮所需的转数。Tm值越低,则表明该叶轮的混合速率越高。
在湍流混合时,各种叶轮的Tm为一常数;而在高黏度液体的层流搅拌时,包头搅拌器,对于那些适合于高黏度液体混合的叶轮,如螺带式或螺杆式叶轮等则Tm亦为一常数;然而对于一些不适合高黏度液体混合的叶轮来说,例如用d/D=0.5左右的盘式涡轮在层流下混合高黏度液体时,由于罐内有混合死角,不能求得确切的均一化时间θm,故也不能算得Tm值。
有人研究了Tm和Np、Nqd等的关系,对于用平叶涡轮式、平叶桨式.弯曲叶桨式、布鲁马金式和推进式等叶轮搅拌低黏度液体的场合得到如下的关系式:
常用单位体积混合能Wv来表示混合效率。Wv是单位体积搅拌功率和均一化时间θm的乘积。Wv=pvθm。
需指出的是θm。不是一个严密定义的量,如前所述,它随测量者的实验条件而变。故用Wv来比较不同叶轮的混合效率时,往往用一个基准的叶轮的Wv值作为参比值。



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