






攪拌器放大中的流體切應(yīng)變速率
切應(yīng)變速率是速度隨位置的變化率,由速度分布圖很容易轉(zhuǎn)化成切應(yīng)變速率分布圖。對于切應(yīng)變速率,重要的是其大值和平均值。
大量的研究表明,攪拌器中的大切應(yīng)變速率與轉(zhuǎn)速和攪拌器直徑均成正比,而平均切應(yīng)變速率僅與轉(zhuǎn)速成正比,但幾乎不受攪拌器直徑變化的影響。因此,轉(zhuǎn)速增大,調(diào)節(jié)罐攪拌器,平均切應(yīng)變速率和大切應(yīng)變速率均增大;當轉(zhuǎn)速一定,攪拌器直徑增大時,大切應(yīng)變速率將增大,通遼攪拌器,而平均切應(yīng)變速率保持不變。 因而幾何相似放大后(保持單位體積功率不變,轉(zhuǎn)速下降,直徑增加),攪拌器大切應(yīng)變速率增加,而平均切應(yīng)變速率下降,見下圖。這也是放大后,造成大釜行為顯著變化的主要原因。
對于氣液過程,表觀氣體速率和單位體積攪拌功率是關(guān)聯(lián)氣液質(zhì)量傳遞系數(shù)的有效參數(shù),這些關(guān)系式相對來說獨立于攪拌器規(guī)模。
當一種外加流體與正在容器內(nèi)流動的流體混合時,混合時間與容器內(nèi)的循環(huán)時間直接相關(guān),對于這種混合過程,如果維持單位體積流體的攪拌器排液量恒定,單位體積攪拌功率將隨釜徑的平方關(guān)系增加,這樣隨著攪拌器的放大,雙相鋼攪拌器,功率增加的幅度是不現(xiàn)實的,所以隨著攪拌器的放大,循環(huán)時間常常必須增加。
對于固體懸浮過程,描述方法可以有離底懸浮和完全均勻,單位體積功相等可以近似作為放大過程的標準。
高固體含量的淤漿體系通常呈現(xiàn)很強的假塑性,隨著過程的放大,單位體積功有所下降。



適用于固液懸浮的攪拌器結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸
固液懸浮是借助攪拌器的作用,使固體顆粒懸浮在液體中,形成固液混合物或懸浮液。均勻懸浮的主要控制因素是循環(huán)速率及湍流強度,其中容積循環(huán)速率又往往是的因素。固液懸浮操作以渦輪式攪拌器使用范圍,其中以開啟式渦輪,它沒有中間圓盤,不致阻礙槳葉上下的液相混合。彎葉、斜葉開式渦輪的優(yōu)點更突出,它的排出性能好,槳葉不易磨損,用于固液懸浮操作更合適。通常采用寬葉的開啟式四斜葉渦輪式攪拌器,容器底為錐形時,其尺寸為:df/D=0.4~0.5,C/d=0.5,H/D=1;碟形時d/D=0.4。如固液密度差較小時,也可采用標準的開啟式四斜葉渦輪式攪拌器;若含固量很高,且固液密度差較小時,可采用平槳;若混合液黏度低于0.4Pa.s,特別是0.1Pa.s以下,固液密度差小,含固量低,可用推進式,并在湍流區(qū)全擋板條件下操作,其參數(shù)可取d/D=0.33, C/d=1,H/D=1。對懸浮體系,當密度差小,且只要求懸浮物離開罐底而不必均勻懸浮時,攪拌轉(zhuǎn).速也不必太大,可用底擋板;當密度差大,并要求均勻懸浮時,攪拌轉(zhuǎn)速較高,應(yīng)采用底擋板和壁擋板;如懸浮物易黏附在擋板上,可采用導(dǎo)流筒。對帶纖維的固體懸浮可選用后彎式渦輪攪拌器。固液懸浮采用長薄葉螺旋槳等也是不錯的選擇。
對于固體懸浮,其攪拌難度取決于懸浮粒子的沉降速度。懸浮程度與顆粒的沉降速度成反比,即攪拌轉(zhuǎn)速愈高,直徑愈大,顆粒的沉降速度愈小,獲得的攪拌程度愈高。



為區(qū)分葉輪排演的流向特點,根據(jù)主要排液方向?qū)⒌湫腿~輪分成徑流型和軸流型兩種。平葉的槳式、渦輪式是徑流型,螺旋面葉片的螺桿式、推進式是軸流型。折葉槳則居于兩者之間,一般認為它更接近于軸流型。不過這種分法是近似的,是以主要流向來分的。
攪拌雷諾數(shù)是攪拌罐內(nèi)液體流動狀態(tài)的一種量度。圖2—2形象地表示了八平直葉渦輪和螺帶式葉輪在不同雷諾數(shù)下,攪拌罐內(nèi)的液體的流動狀態(tài)。
對于渦輪式葉輪,攪拌器加工,若葉輪轉(zhuǎn)速很低,在Re不大于10的區(qū)域,僅葉輪周圍韻液體隨葉輪旋轉(zhuǎn),而遠離葉輪的液體是停滯的,如圖中-A1所示,因而混合效果很差,混合時間也非常長,見虛線(1)。在此區(qū)內(nèi),液體的流動是層流,葉輪旋轉(zhuǎn)的阻力主要是黏滯阻力。因而N與Re成反比,如曲線(2)。葉輪旋轉(zhuǎn)引起的離心效應(yīng)可忽略不計,排出流量,見曲線(3)。
當Re增加到大于10,渦輪式葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力就不可忽視。此離心力產(chǎn)生了排出流量,使角動量傳遞到遠處的液體。這樣遠離葉輪的液體開始流動,而使Nv- Re曲線偏離曲線(2)的延伸線。在此區(qū)內(nèi),如曲線(3)所示,曲線上升的坡度很陡,混合大為改善,但在靠近葉輪上下部分仍然出現(xiàn)環(huán)形的停滯流區(qū)。
當Re數(shù)增加到數(shù)百,渦輪式葉輪周圍的液流變成湍流。在區(qū)域c,排出流量顯著增加,曲線(3)達到了大值。在區(qū)域A和B中觀察副的停滯區(qū)已消失。Re進一步增加,湍流域逐漸擴大,直至終湍流域占完全優(yōu)勢。因此區(qū)域c是一個層流和湍流共存的過渡區(qū)。
在無擋板時,在Re約為90的過渡流域,渦輪式葉輪的排出流達到大值;而在有擋板時,排出流量在湍流域達到大。



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