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,第三级,*,中药制剂工艺设备与应用,课件,制作者：王志祥,制作者：黄德春,制作者：黄德春,制作者：黄德春,制作者：黄德春,制作者：黄德春,制作者：黄德春,药工程学,课件,第三章 液体搅拌,液体搅拌、固液提取、过滤、蒸发,干燥、水蒸气蒸馏、典型制药装备,第三章,液体搅拌,釜式反应器的结构、特点及应用,根据釜盖与釜体连接方式的不同，搅拌釜式反应器可分为开式,(,法兰连接,),和闭式,(,焊接,),两大类。附图是典型的开式搅拌釜式反应器结构示意图。目前，釜式反应器的技术参数已实现标准化。,釜式反应器的结构、特点及应用,开式搅拌釜式反应器结构,1-,搅拌器；,2-,罐体；,3-,夹套；,4-,搅拌轴,；,5-,压出管；,6-,支座；,7-,人孔；,8-,轴封；,9-,传动装置,釜式反应器的结构、特点及应用,釜式反应器结构简单、加工方便；釜内设有搅拌装置,釜外常设传热夹套,传质和传热效率均较高,;,在搅拌良好的情况下,釜式反应器可近似看成理想混合反应器,釜内浓度、温度均一,化学反应速度处处相等,;,釜式反应器操作灵活,适应性强,便于控制和改变反应条件,尤其适用于小批量、多品种生产。因此,釜式反应器在药品生产中有着广泛的应用。,釜式反应器的结构、特点及应用,一、概述,搅拌在药品生产中的应用非常广泛，原料药生产的许多过程都是在有搅拌器的釜式反应器中进行的。,通过搅拌，可以加速物料之间的混合,提高传热和传质速率,促进反应的进行或加快物理变化过程,。例如，在液相催化加氢反应中，搅拌既能使固体催化剂颗粒处于悬浮状态，又能使气体均匀地分散于液相中，从而加快化学反应速度。同时，搅拌还能提高传热速率，有利于反应热的及时移除。,一、概述,搅拌操作可分为,机械搅拌,和,气流搅拌,。气流搅拌是利用气体在液体层中鼓泡，从而对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态在液体层中上升，促使液体产生对流循环。,一、概述,一、概述,一、概述,与机械搅拌相比，气流搅拌的作用比较弱，尤其对于高粘度液体,气流搅拌很难适用。因此，在实际生产中，搅拌操作多采用机械搅拌，而气流搅拌仅用于一些特殊场合。,二、常见搅拌器,小直径高转速搅拌器,大直径低转速搅拌器,推进式搅拌器,涡轮式搅拌器,浆式搅拌器,螺带式搅拌器,锚式和框式搅拌器,二、常见搅拌器,推进式搅拌器,推进式搅拌器,此类搅拌器,实质上是一个无外壳的轴流泵,，叶轮直径一般为釜径的,0.20.5,倍,常用转速为,100500rpm,，,叶端圆周速度可达,515m,s,-1,。,高速旋转的搅拌器,使釜内液体产生轴向和切向运动,。,二、常见搅拌器,推进式搅拌器,液体的,轴向分速度,可使液体形成如图所示的,总体循环流动,起到混合液体的作用,;,而,切向分速度,使釜内液体,产生圆周运动,并,形成旋涡,不利于液体的混合,且当物料为多相体系时,还会,产生分层,或,分离现象,因此,应采取措施予以抑制。,总体循环流动,二、常见搅拌器,推进式搅拌器,推进式搅拌器产生的,湍动程度不高,，但,液体循环量较大,，常用于低粘度,(2Pa,s),液体的传热、反应以及固液比较小的悬浮、溶解等过程。,二、常见搅拌器,推进式搅拌器,二、常见搅拌器,涡轮式搅拌器,(a),直叶圆盘叶轮,(b),弯叶圆盘叶轮,图,6-23,涡轮式搅拌器,二、常见搅拌器,涡轮式搅拌器,(c),直叶涡轮,(d),弯叶涡轮,(e),折叶涡轮,图,6-23,涡轮式搅拌器,二、常见搅拌器,涡轮式搅拌器,二、常见搅拌器,涡轮式搅拌器,实质上是,一个无泵壳离心泵,叶轮直径为釜径的,0.20.5,倍,常用转速,10500rpm,叶端圆周速度可达,410m,s,-1,。高速旋转的搅拌器使釜内液体产生,切向和径向运动,并以很高的绝对速度沿叶轮半径方向流出。,径向运动所形成的,总体循环流动如图所示。,总体循环流动,二、常见搅拌器,涡轮式搅拌器,流出液体的,切向分速度,使釜内液体,产生圆周运动,，同样,应采取措施予以抑制,。与推进式搅拌器相比，涡轮式搅拌器不仅能使釜内液体产生,较大的循环量,，而且对浆叶外缘附近的液体产生,较强的剪切作用,，常用于粘度小于,50Pa,s,液体的传热、反应以及固液悬浮、溶解和气体分散等过程。,二、常见搅拌器,涡轮式搅拌器,二、常见搅拌器,浆式搅拌器,浆式搅拌器的旋转直径一般为釜径的,0.350.8,倍，用于高粘度液体时可达釜径的,0.9,倍以上，浆叶宽度为旋转直径的,1/101/4,，常用转速为,1100rpm,，,叶端圆周速度为,15m,s,-1,。,(a),平浆式,(b),斜浆式,(c),多斜浆式,浆式搅拌器,二、常见搅拌器,浆式搅拌器,平浆式搅拌器,可使液体产生,切向和径向运动,，可用于简单的固液悬浮、溶解和气体分散等过程。但是,即使是,斜浆式搅拌器,所造成的,轴向流动范围也不大,故当釜内液位较高时，应采用,多斜浆式搅拌器,或与螺旋浆配合使用。当旋转直径达到釜径的,0.9,倍以上,并设置多层浆叶时,可用于较高粘度液体的搅拌。,二、常见搅拌器,浆式搅拌器,四叶旋桨式搅拌器,二、常见搅拌器,浆式搅拌器,三叶旋桨式搅拌器,二、常见搅拌器,浆式搅拌器,二、常见搅拌器,锚式和框式搅拌器,当液体粘度更大时，可根据釜底的形状，将浆式搅拌器做成锚式或框式。此类搅拌器的旋转直径较大，一般可达釜径的,0.90.98,倍，常用转速为,1100rpm,，,叶端圆周速度为,15m,s,-1,。,锚式搅拌器,二、常见搅拌器,锚式和框式搅拌器,框式搅拌器,二、常见搅拌器,锚式和框式搅拌器,此类搅拌器一般,在层流状态下操作,，主要使液体产生水平环向流动，基本不产生轴向流动，故难以保证轴向混合均匀。但此类搅拌器的搅动范围很大,且可根据需要在浆上增加横梁和竖梁，以进一步增大搅拌范围,所以一般不会产生死区。此外,由于搅拌器与釜内壁的间隙很小,故可防止固体颗粒在釜内壁上的沉积现象。,锚式和框式搅拌器常用于中、高粘度液体的混合、传热及反应等过程,。,二、常见搅拌器,螺带式搅拌器,为进一步提高轴向混合效果，可采用,螺带式搅拌器,。此类搅拌器一般具有,12,条螺带，其旋转直径亦为釜径的,0.90.98,倍，常用转速为,0.550rpm,，,叶端圆周速度小于,2m,s,-1,。,螺带式搅拌器,二、常见搅拌器,螺带式搅拌器,螺带式搅拌器,螺带式搅拌器,亦在层流状态下操作，但在螺带的作用下，,液体将沿着螺旋面上升或下降形成轴向循环流动,，故混合效果比锚式或框式的好，,常用于中、高粘度液体的混合、传热及反应等过程,。,二、常见搅拌器,螺带式搅拌器,三、其他搅拌器,磁力搅拌器,三、,提高搅拌效果的措施,1.,打旋现象及其消除,2.,设置导流筒,装设挡板,偏心安装,三、,提高搅拌效果的措施,图,打旋现象,当搅拌器置于容器中心搅拌低粘度液体时，若叶轮转速足够高，液体就会在离心力的作用下涌向釜壁，使釜壁处的液面上升，而中心处的液面下降，结果形成了一个大旋涡，这种现象称为,打旋,。,三、,提高搅拌效果的措施,图,打旋现象,叶轮的转速越大，形成的旋涡就越深，但各层液体之间几乎不发生轴向混合，且当物料为多相体系时，还会发生分层或分离现象。,三、,提高搅拌效果的措施,图,打旋现象,更为严重的是,当液面下凹至一定深度后,叶轮的中心部位将暴露于空气中,并吸入空气,使被搅拌液体的表观密度和搅拌效率下降。此外,打旋还会引起功率波动和异常作用力,加剧搅拌器的振动,甚至使其无法工作。因此,必须采取措施抑制或消除打旋现象,。,1.,打旋现象及其消除,装设挡板,图,有挡板时的流动,在,釜内装设档板,既能提高液体的湍动程度，又能,使切向流动变为轴向和径向流动,，,制止打旋现象的发生,。如图,所示,，装设挡板后，釜内液面的下凹现象基本消失，从而使搅拌效果显著提高。,1.,打旋现象及其消除,装设挡板,挡板的安装方式与液体粘度有关,。对于低粘度,(10Pa,s),液体，应使挡板离开釜壁并与壁面倾斜。,1.,打旋现象及其消除,装设挡板,若挡板符合下列条件，则称为,全挡板条件,，即,(1),式中,W,挡板宽度，,m,；,D,釜内径，,m,；,N,挡板数。,研究表明，当挡板符合式,(1),时，可获得很好的挡板效果，此时即使再增加附件，搅拌器的功率也不再增大。例如，,当挡板数为,4,，挡板宽度为釜径的,1/10,时，即可近似认为符合全挡板条件,。,2.,打旋现象及其消除,偏心安装,将搅拌器偏心或偏心且倾斜地安装,，不仅可以,破坏循环回路的对称性,，有效地,抑制打旋现象,，而且可,增加,流体的,湍动程度,，从而使搅拌效果得到显著提高。搅拌器的典型偏心安装方式如图所示。,图,偏心安装,3.,打旋现象及其消除,设置导流筒,导流筒为一圆筒体，其作用是使浆叶排出的液体在导流筒内部和外部形成轴向循环流动,。导流筒可限定釜内液体的流动路线，迫使釜内液体通过导流筒内的强烈混合区，既提高了循环流量和混合效果，又有助于消除短路与流动死区。,图 导流筒安装方式,(a),推进式,(b),涡轮,式,四、搅拌器选型,不同的搅拌操作对搅拌的要求常具有共性，而不同类型的搅拌器亦具有一定的共性，因此，,同一搅拌操作往往可选用几种类型的搅拌器,。反之，,同一搅拌器也可用于多种搅拌操作,。目前，对搅拌器的选型主要是根据实践经验，也可根据小试数据，采用适当方法进行放大设计。,四、搅拌器选型,低粘度均相液体的混合,这是难度很小的一种搅拌过程，只有当容积很大且要求快速混合时才比较困难。由于,推进式,的循环流量较大且动力消耗较少，所以是,最适用,的。涡轮式的剪切作用较强，但对于这种混合过程不太需要，且动力消耗较大，故不太合理。浆式的结构比较简单，在小容量液体混合中有着广泛的应用，但当液体容量较大时，其循环流量不足。,四、搅拌器选型,高粘度均相液体的混合,当,液体粘度在,0.11Pa,s,时,，可,采用锚式搅拌器,。当,液体粘度在,110Pa,s,时,，可,采用框式搅拌器,，,且粘度越高，竖、横梁就越多,。当,液体粘度在,2500Pa,s,时,，可,采用螺带式搅拌器,。在,需冷却的夹套釜,的内壁上易形成一层粘度更高的膜层，其传热热阻很大，此,时宜选用大直径低转速搅拌器,，如锚式或框式搅拌器，以减薄膜层厚度，提高传热效果。若反应过程中物料的粘度会发生显著变化，且反应对搅拌强度又很敏感，可考虑采用,变速装置,或,分釜操作,，以满足不同阶段的需要。,四、搅拌器选型,分散,对于,非均相液体的分散过程,，由于,涡轮式搅拌器,具有较强的剪切作用和较大的循环流量，所以,最为合适,，尤其是,平直叶,的剪切作用比折叶和弯叶的大，则,更为合适,。当,液体的粘度较大,时，为减少动力消耗，宜,采用弯叶涡轮,。,四、搅拌器选型,固体悬浮,在,低粘度液体中悬浮易沉降的固体颗粒,时，由于,开启涡轮,没有中间圆盘，不致阻碍浆叶上下的液相混合，所以,最为合适,，,尤其是弯叶开启涡轮,，浆叶不易磨损，则更为合适。推进式的使用范围较窄，当固液密度差较大或固液比超过,50%,时不适用。浆式或锚式的转速较低，仅适用于固液比较大,(50%),或沉降速度较小的固体悬浮。,四、搅拌器选型,固体溶解,此类操作要求搅拌器具有较强的剪切作用和较大的循环流量，所以,涡轮式最为合适,。推进式的循环流量较大，但剪切作用较小，所以用于小容量的固体溶解过程比较合理。浆式需借助挡板来提高循环能力,因此一般用于易悬浮固体的溶解操作。,四、搅拌器选型,气体吸收,此类操作以各种,圆盘涡轮式搅拌器最为适宜,，此类搅拌器不仅有较强的剪切作用，而且圆盘下面可存住一些气体，使气体的分散更趋平稳，而开启涡轮则没有这一优点，故效果不好。推进式和浆式一般不适用于气体吸收操作。,四、搅拌器选型,结晶,带搅拌的结晶过程比较复杂，尤其是需要严格控制晶体大小和形状时更是如此。一般情况下，,小直径高转速搅拌器,，如涡轮式，,适用于微粒结晶,，但,晶体形状不易一致,；而,大直径低转速搅拌器,，如浆式，,适用于大颗粒定形结晶,，但,釜内不宜设置挡板,。,四、搅拌器选型,传热,传热量较小的夹套釜可采用浆式搅拌器,;,中等传热量的夹套釜亦可采用浆式搅拌器,但釜内应设置挡板,;,当传热量很大时,釜内可用蛇管传热,采用推进式或涡轮式搅拌器,并在釜内设置挡板。,四、搅拌器选型,(,一,),均相液体的搅拌功率,(,二,),非均相液体的搅拌功率,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,五、搅拌功率,1.,功率曲线和搅拌功率的计算,搅拌器工作时，旋转的叶轮将能量传递给液体。搅拌器所需的功率取决于釜内物料的流型和湍动程度，它是叶轮形状、大小、转速、位置以及液体性质、反应釜尺寸与内部构件的函数。,(,一,),均相液体的搅拌功率,研究表明,均相液体的功率准数关联式可表示为,(3-2),(3-3) (3-4) (3-5),式中,N,P,功率准数,;,Re,搅拌雷诺数,;,Fr,弗劳德数,即流体的惯性力与重力之比,是反映重力对搅拌功率影响的准数,;,K,系统的总形状系数,反映系统几何构型对搅拌功率的影响,;,P,功率消耗,W,;,n,叶轮转速,rps,;,d,叶轮直径,m,;,液体密度,kg,m,-3,;,液体粘度,Pa,s,;,g,重力加速度,9.81m,s,-2,。,(,一,),均相液体的搅拌功率,式 亦可改写为,(3-6),式中,功率因数。,对于不打旋的搅拌系统，重力的影响可以忽略，即,b=0,，,则式,(3-6),可简化为,(3-7),(,一,),均相液体的搅拌功率,由实验测出各种搅拌器的,或,N,P,与,Re,的关系，并标绘在双对数坐标纸上，即得功率曲线。几种搅拌器的功率曲线如图,3,-8,所示。显然，在相同条件下，径向型的涡轮式搅拌器比轴流型的推进式搅拌器提供的功率要大。,(,一,),均相液体的搅拌功率,图,3,-8,搅拌器的功率曲线,(P78),1-,三叶推进式,s=d,无挡板；,2-,三叶推进式,s=d,全挡板；,3-,三叶推进式,s=2d,无挡板；,4-,三叶推进式，,s=2d,，,全挡板；,5-,六叶直叶圆盘涡轮，无挡板；,6-,六叶直叶圆盘涡轮，全挡板；,7-,六叶弯叶圆盘涡轮，全挡板；,8-,双叶平浆，全挡板,全挡板：,N=4,，,W=0.1D,；,各曲线：,d/D,1/3,，,b/d=1/4,；,H,L,/D=1,s-,浆叶螺距,N-,挡板数,W-,挡板宽度,D-,釜内径,d-,叶轮直径,b-,浆叶宽度,H,L,-,液层深度,根据,Re,的大小,亦可将搅拌釜内的流动情况分为层流、过渡区和湍流。当然,搅拌器的型式不同,划分层流区与湍流区的,Re,值不完全相同。,由图,3-8,可知,在层流区,(Re10,4,),，,同一种浆叶，有挡板时比无挡板时提供的功率要大。,(,一,),均相液体的搅拌功率,对于给定的搅拌系统，可先由功率曲线查出功率因数或功率准数，然后再经计算得出所需的搅拌功率。此外，对于特定的搅拌器，还可按流动状况对功率曲线进行回归，得到计算搅拌功率的经验关联式。例如，由层流区,(Re10,4,),的功率曲线可得有挡板时的搅拌功率计算式为,(3-9),式中,K,2,与搅拌器结构型式有关的常数,搅拌器的,K,2,值见表,3-2,。,(,一,),均相液体的搅拌功率,对于无挡板且,Re300,的搅拌系统，重力的影响不能忽略，此时式,(3-6),中的,b,可按下式计算,(3-10),式,(3-10),中、的值取决于物料的流动状况及搅拌器的型式和尺寸。常见搅拌器的、值见表,3-3,。,(,一,),均相液体的搅拌功率,表,3,-3,搅拌器的,和,值,(Re300),d/D,三叶推进式,六叶弯叶涡轮,六叶直叶涡轮,0.48,0.37,0.33,0.30,0.20,0.30,0.33,2.6,2.3,2.1,1.7,0,1.0,1.0,18,18,18,18,18,40.0,40.0,(,一,),均相液体的搅拌功率,例,3,-1,某釜式反应器的内径为,1.5m,，,装有六叶直叶圆盘涡轮式搅拌器，搅拌器的直径为,0.5m,，,转速为,150rpm,，,反应物料的密度为,960kg,m,-3,，,粘度为,0.2Pa,s,。,试计算搅拌功率。,解：,(1),计算,Re,(,一,),均相液体的搅拌功率,(2),计算搅拌功率,P,由图,3,-13,中的曲线,5,查得,=1.8,；由表,3,-3,查得,=1.0,，,=40.0,。则,(,一,),均相液体的搅拌功率,由式,(3-3),和,(3-6),得,W,(,一,),均相液体的搅拌功率,功率曲线都是以一定型式、尺寸的搅拌器进行实验而测得的,利用功率曲线计算搅拌功率,搅拌器的型式、尺寸应符合功率曲线的测定条件。然而，在实际生产中，搅拌器的型式、尺寸是多种多样的，其功率曲线往往不能从手册或资料中直接查到。此时，若已知各种参数对搅拌功率的影响，则可按构型相似的搅拌器的功率曲线计算出搅拌功率，然后再加以校正,估算出实际装置的搅拌功率。,(,一,),均相液体的搅拌功率,(1),浆叶数量的影响,(2),浆叶直径的影响,(3),浆叶宽度的影响,(4),液层深度的影响,(5),浆叶层数及层间距的影响,(,一,),均相液体的搅拌功率,对圆盘涡轮式搅拌器，可先利用图,3,-13,计算出搅拌功率，再按下式进行校正,(3-11),式中,P,校正后的搅拌功率,W,或,kW;,P,按,6,片浆叶由图,3,-13,求出的搅拌功率,W,或,kW;n,b,实际浆叶数,;,m,1,与浆叶数有关的常数。当,n,b,=2,4,6,时,m,1,=0.8;,当,n,b,=8,10,12,时,m,1,=0.7,。,(,一,),均相液体的搅拌功率,当浆叶直径不符合,d/D=1/3,时，可先利用图,3,-13,计算出搅拌功率，再按下式进行校正,(3-12),式中,m,2,与搅拌器型式有关的常数。对推进式或涡轮式搅拌器，,m,2,=0.93,；,对浆式搅拌器，,m,2,=1.1,。,(,一,),均相液体的搅拌功率,当浆叶宽度不符合,b/d=1/4,时，可先利用图,3-13,计算出搅拌功率，再按下式进行校正,(3-13),式中,m,3,与搅拌器型式、尺寸及物料流动状况有关的常数。湍流状态下，对径向流叶轮,(,平浆、开式涡轮,),，,m,3,=0.30.4,；,对六叶圆盘涡轮，当,b/d=0.20.5,时，,m,3,=0.67,。,(,一,),均相液体的搅拌功率,当液层深度不符合,H,L,/D=1,时，可先利用图,3-13,计算出搅拌功率，再按下式进行校正,(3-14),(,一,),均相液体的搅拌功率,若液层过高，即使是低粘度液体，也要考虑设置多层浆叶。一般情况下，当 时，应考虑采用多层浆叶，各层浆叶之间的距离可取浆径的,1.01.5,倍。,(,一,),均相液体的搅拌功率,如图所示,当层间距,s,1,大于,1.5d,时,双层直叶的功率约为单层直叶的,2,倍,直叶和折叶组合的功率约为单层直叶的,1.5,倍,而双层折叶的功率与单层直叶的功率基本相当。,(,一,),均相液体的搅拌功率,图,3-14,开启涡轮的层间距对功率的影响,1-,双层直叶,;2-,直叶与折叶,;3-,双层折叶,P,1,-,单层直叶的功率,P,2,-,双层涡轮的功率,对于推进式搅拌器，在层流区，双层推进式的功率约为单层时的,2,倍；而在湍流区，双层推进式的功率随着层间距的增大而线性增大，如图所示。,图,3-15,推进式的层间距对功率的影响,P,1,-,单层时的功率，,P,2,-,双层时的功率,(,一,),均相液体的搅拌功率,例,3-2,某釜式反应器的内径为,1.5m,装有单层,8,叶直叶圆盘涡轮式搅拌器,搅拌器的直径为,0.4m,转速为,150rpm,，,叶片宽度约为叶轮直径的,1/5,。釜内装有挡板，并符合全挡板条件。装液深度为,2m,，,物料密度为,1000kg,m,-3,，,粘度为,0.004Pa,s,。,试计算搅拌功率。,解：以图,3,-13,中的曲线,6,为依据进行计算。曲线,6,所对应的搅拌器为单层六叶直叶圆盘涡轮式搅拌器，其几何尺寸为,d/D=1/3,、,b/d=1/4,、,H,L,/D=1,，,并符合全挡板条件。,(,一,),均相液体的搅拌功率,(1),由图,3,-13,中的曲线,6,计算搅拌功率,由图,3,-13,中的曲线,6,查得 。,由式,(3-3),得,W,(,一,),均相液体的搅拌功率,(2),校正浆叶数量的影响,由式,(3-11),得,W,(3),校正浆叶直径的影响,由式,(3-12),得,W,(,一,),均相液体的搅拌功率,(4),校正浆叶宽度的影响,由式,(3-13),得,W,(5),校正液层深度的影响,由式,(3-14),得,W,故所求搅拌功率为,P=P,5,=1577.2W,1.58kW,(,一,),均相液体的搅拌功率,1.,液,液相搅拌,对于液,液非均相体系，可先计算出平均密度和平均粘度，再按均相液体计算搅拌功率。,(1),平均密度,(3-15),式中,d,分散相的密度，,kg,m,-3,；,c,连续相的密度，,kg,m,-3,；,d,分散相的体积分率。,(,二,),非均相液体的搅拌功率,(2),平均粘度,当两相液体的粘度均较低时,(3-16),式中,d,分散相的粘度，,Pa,s,；,c,连续相的粘度，,Pa,s,。,(,二,),非均相液体的搅拌功率,对常用的水,有机溶剂体系，当水的体积分率,w,小于,40%,时，,(3-17),式中,w,水相的粘度,Pa,s,；,o,有机溶剂相的粘度,Pa,s,。,当,w,40%,时,(3-18),(,二,),非均相液体的搅拌功率,2.,气,液相搅拌,通入气体后，搅拌器周围液体的表观密度将减小，从而使搅拌所需的功率显著降低。,对于涡轮式搅拌器,通气搅拌功率用下式计算,(3-19),式中,P,g,、,P,分别为通气和不通气时的搅拌功率，,W,或,kW,；,Q,操作状态下的通气量,m,3,s,-1,。,(,二,),非均相液体的搅拌功率,例,3,-3,若在例,3,-2,的反应釜中通入空气，操作状态下的通气量为,2m,3,min,-1,，,求搅拌功率。,解：,则,kW,(,二,),非均相液体的搅拌功率,3.,固,液相搅拌,当固体颗粒的量不大时，可近似看成均一的悬浮状态。此时可先计算出平均密度和平均粘度，再按均相液体计算搅拌功率。,(1),平均密度,(3-20),式中,s,固体颗粒的密度,kg,m,-3,；,液相的密度,kg,m,-3,；,固体颗粒所占的体积分率。,(,二,),非均相液体的搅拌功率,(2),平均粘度,当固体颗粒与液体的体积比,1,时,(3-21),式中,液相的粘度，,Pa,s,；,当, 1,时,(3-22),应当指出的是，固,液相的搅拌功率与固体颗粒的大小有很大关系。当颗粒尺寸大于,200,目时，粒子与浆叶接触时的阻力将增大，按上述算法所求得的搅拌功率将偏小。,(,二,),非均相液体的搅拌功率,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,牛顿型液体服从牛顿粘性定律，非牛顿型液体不服从牛顿粘性定律。搅拌牛顿型液体时,釜内液体的粘度处处相等,即不存在粘度分布。而搅拌非牛顿型液体时，釜内液体难以混合均匀,即存在粘度分布。,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,一般地,在搅拌非牛顿型液体时,浆叶附近的液体粘度最小,离浆叶愈远,液体的粘度愈大，至釜壁附近处液体的粘度达到最大。由于釜壁附近处液体的粘度较大,因而层流边界层较厚,这对传热是十分不利的。此时采用锚式、框式、螺带式等大直径低转速搅拌器，可以刮薄附着在釜内壁上的物料层,减薄层流边界层的厚度,从而使传热膜系数显著提高。,计算非牛顿型液体的搅拌功率仍可采用牛顿型液体搅拌功率的计算方法,但应将,中的,改为非牛顿型液体的表观粘度。,表观密度可按下式计算,(3-23),式中,a,非牛顿型液体的表观粘度,Pa,s;,K,稠度系数,取决于流体的温度和压力,;,m,流变指数,反映与牛顿型流体的差异程度,对于牛顿型流体,m=1;B,与搅拌器结构有关的常数。,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,3-4,注：,d-,旋转直径；,D-,釜式反应器内径；,s-,螺带螺距。,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,3-5,例,3,-4,在,20,o,C,时用双螺带式搅拌器搅拌聚乙烯醇水溶液,(,质量浓度为,30%),，已知釜内物料流动为层流，釜内径为,D=1.5m,，,搅拌器直径为,d=1.42m,，,搅拌器高度为,h=1.5m,，,转速为,10rpm,，,试计算搅拌器的功率。,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,解：,由表,3,-4,查得聚乙烯醇水溶液的,K,为,440,、,m,为,0.75,，由表,3,-5,查得双螺带式搅拌器的,B,为,30,。由式,(3-23),得,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,釜内物料流动为,层流，则由式,(3-8),和表,3,-2,得搅拌器的搅拌功率为,所以,W,8.41kW,(,三,),非牛顿型液体的搅拌功率,
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