第一章液体搅拌课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第一章 液体搅拌,利用叶轮旋转或其他方式，推动设备内液体按一定流型循环流动，从而使物料混合均匀或使传热传质过程加速的操作称为,液体搅拌,。,液体搅拌可以达到以下目的,:,（,1,）互溶液体的搅拌，使两种或数种互溶液体在搅拌作用下达到浓度、温度、密度及其物性的均匀混合。如制备混合物。,1第一章 液体搅拌 利用叶轮旋转或其他方式，推动设备,2,（,2,）不互溶液体的搅拌，使两种液体充分乳化、增加相间接触面积，通过分散到达容器内两相液体的均匀状态。如制备悬浮液和乳浊液。,（,3,）固相和液相的搅拌，使固体颗粒悬浮在液相中。如制备均匀的悬浮液。,（,4,）气液相搅拌，使气体成为微细气泡，均匀分散在液相中，形成稳定的分散质。如用于液体吸收气体。,（,5,）强化液体与器壁的传热，减少局部过热，提高传热系数，促进介质的化学反应和物理过程。,2 （2）不互溶液体的搅拌，使两种液体充分乳化、增加相间,3,（,6,）高粘度液体的搅拌，如制造稠厚的乳剂、软膏和糊状物类的药品。,液体搅拌主要有机械搅拌、气流搅拌和射流混合等。,制药工业上最常用的是机械搅拌。,典型的机械搅拌装置如下图所示。,3 （6）高粘度液体的搅拌，如制造稠厚的乳剂、软膏和糊状,4,4,5,第一节 搅拌的机理,一、搅拌效果的度量,多数搅拌操作均以两种或多种物料的混合为基本目的，常用混合的均匀度作为搅拌效果的评价准则。,平均均匀度,I,混合均匀时,I=1,；混合不均匀时,0I1,，,I,偏离,1,越远，混合越不均匀。,二、搅拌机理,搅拌的目的是通过搅拌器自身的旋转把机械能传递给液体，造成设备内液体的强制对流，以达到均匀的混合状态。,5第一节 搅拌的机理一、搅拌效果的度量二、搅拌机理,6,液体的强制对流方式有,总体循环流动,和,湍流运动,（湍动）两种。,搅拌器的,功能,是提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态。它通过自身（叶轮）的旋转把机械能传递给液体，带动液体作圆周运动，同时也因桨叶型式不同形成轴向、径向流动。,这样，一方面在搅拌器附近产生强剪切或,湍动,，形成高度湍流的充分混合区；另一方面产生一股高速射流，推动全部液体沿一定途径在罐内循环流动，这种大范围的流动称为,总体流动,，如图,2-2,所示。,6 液体的强制对流方式有总体循环流动和湍流运动（湍动）,7,7,8,总体流动将液体破碎成较大液团并带至罐内各处，更小尺度上的混合则是由高度湍动液流中的旋涡造成。,1,、罐内的总体流动与大尺度的混合,总体流动的途径复杂,不同型式的搅拌器所形成的途径各不相同。,旋桨式搅拌器形成的罐内总体流动,图,2-3,涡轮式搅拌器形成的罐内总体流动,图,2-4,8 总体流动将液体破碎成较大液团并带至罐内各处，更小尺,9,9,10,10,11,要使总体流动能够促进罐内液体大尺度均匀混合，必须使总体流动充至罐内各处，消除不流动的死区。,加大循环量有利于提高大尺度上混合的均匀度,。,2,、强剪切、高度湍动与小尺度的混合,当叶轮旋转产生的高速液流通过静止或运动速度较低的液体时，高速液体和低速液体在交界面及其附近产生速度梯度，使界面附近的液体受到强烈的剪切作用。,11 要使总体流动能够促进罐内液体大尺度均匀混合，必须,12,低粘度流体,产生大量旋涡。,高粘度液体,罐内只作层流流动。,总体流动的特点,是液体以相当于或略小于设备尺寸的尺度运动，且有一定的流动方向，流动范围大。,湍流运动的特点,则是以很小的微团尺度运动，运动距离很短，且又不规则。,12 低粘度流体产生大量旋涡。 总体流动的特,13,湍流运动造成的混合速度远比总体流动所造成的混合速度快,。,实际的搅拌所造成的混合过程是总体流动、湍流运动及分子扩散等的综合作用。,13 湍流运动造成的混合速度远比总体流动所造成的混合速,14,第二节 搅拌器,一、搅拌器的类型及其性能,（一）搅拌器的类型,1,、,按工作原理分为,轴向流搅拌器 如螺旋桨式叶轮,径向流搅拌器 如涡轮式叶轮,前者使液体作轴向和切向流动，后者使液体作径向和切向流动。,14第二节 搅拌器一、搅拌器的类型及其性能（一）搅拌器的类,15,按工作原理分类,类型,特点,液体流动状况,典型代表,轴向流搅拌器,流量大，压头低,在搅拌罐内主要作轴向和切向流动,螺旋桨式,径向流搅拌器,流量较小，压头较高,在搅拌罐内主要作径向和切向流动,涡轮式,15类型特点液体流动状况典型代表轴向流搅拌器流量大，压头低在,16,2,、,按搅拌器性能分类,根据搅拌器的旋转直径和转速,小直径高转速搅拌器 如：螺旋桨式和涡轮式,大直径低转速搅拌器 如：桨式、锚式、螺带式,小直径高转速搅拌器适用于液体粘度较低的场合，大直径低转速搅拌器适用于液体粘度较高的场合。,16 2、按搅拌器性能分类,17,按搅拌器性能分类,类型,特点,适用范围,典型代表,小直径高转速搅拌器,叶片面积小，转速高,液体粘度较低的场合,螺旋桨式和涡轮式,大直径低转速搅拌器,叶片面积大，转速低，搅动范围大,液体粘度较高的场合,桨式、锚式、螺带式、框式,17类型特点适用范围典型代表小直径高转速搅拌器叶片面积小，转,18,(,二,),几种常用搅拌器的性能,1,、螺旋桨式搅拌器,结构简单，安装容易，转速高，搅拌器直径一般取搅拌罐内径的,0.2,0.5,倍,，叶片端部的圆周速度一般为,5,15m/s,。,适用于低粘度（,2Pa,s,）液体的搅拌。,常用于大尺度均匀混合的场合，如互溶液体的混合，固体的混悬，强化搅拌罐内传热等。,18(二)几种常用搅拌器的性能,19,螺旋桨式搅拌器旋转时，液体在高速旋转的叶轮作用下作轴向和切向运动，当液体离开螺旋桨后作螺旋线运动。轴向分速度使液体沿轴向下流动，当流至罐底时再沿罐壁折回返入旋桨，形成如图,2-3,所示的总体循环流动。切向分速度使离开桨叶的液体带动容器内整个液体作圆周运动。,若液体中含有固体颗粒时，圆周运动还会将颗粒甩向罐壁，并沉积到搅拌罐底部，起着与混合相反的作用，应设法抑制。,19 螺旋桨式搅拌器旋转时，液体在高速旋转的叶轮作用下,20,20,21,2,、涡轮式搅拌器,涡轮式搅拌器的直径一般为罐内径的,0.2,0.5,，转速较高，叶片端部的圆周速度一般为,4,10m/s,。,适用于中等和低粘度,(,桨式,涡轮式,螺旋桨式,常用的搅拌器选型方法有以下几种：,40（一）以液体的粘度作为选型的判定因素 液体粘度对,41,41,42,(,二,),根据操作目的和主要影响因素来选型（,表,3-1,）,1,、低粘度均相液体的混合,一般的搅拌器皆可适用。,螺旋桨式,的循环速率大且消耗功率小，最合适；桨式转速低，功率消耗小，但混合效果不佳；涡轮式的剪切作用强，但其功率消耗大，对于这类混合过程不经济。,2,、高粘度均相液体的混合,常用大尺寸低转速搅拌器（锚式、框式、螺带式），主要取决于搅拌液的粘度。,42(二)根据操作目的和主要影响因素来选型（表3-1）,43,3,、分散,(,非均相液体混合,),涡轮式,搅拌器的剪切作用强且循环速率大，用于此类操作效果最好，,特别是平直叶,的剪切作用比折叶和弯叶的大，更为合适。在分散粘度较大的液体时，可采用弯叶涡轮，以减小能量消耗。,43 3、分散(非均相液体混合),44,4,、固体混悬,在低粘度液体内悬浮容易沉降的固体颗粒时，应选用,涡轮式,搅拌器。其中又以,开启式,为最好，因它没有中间的圆盘，不会阻碍桨叶上下的液相混合，特别是弯叶开启式涡轮，桨叶不易磨损，用于固体悬浮更为合适。如固液密度差小，不易沉降，则可采用螺旋桨式。对固液比在,50,以上或液体粘度高而不易沉降的，可采用桨式或锚式搅拌器。,44 4、固体混悬,45,5,、固体溶解,要求搅拌器既有剪切作用又有循环速率，所以,涡轮式,是最合适的。螺旋桨式的循环速率大，剪切作用小，可用于小容量的固体溶解。桨式要借助挡板提高它的循环能力。,6,、气体吸收,需要较强的剪切作用、较大的液体循环量和较高的转速，因此涡轮式搅拌器较适宜，尤其是,中间圆盘的涡轮式搅拌器,为最佳。,45 5、固体溶解,46,7,、结晶,一般情况下，小直径高转速搅拌器适用于微粒结晶，大直径低转速搅拌器适用于大颗粒定型结晶。,8,、传热,传热量小时可用夹套罐加热，采用,桨式,搅拌器；中等传热量可用夹套罐加热，采用,桨式搅拌器并加挡板,；传热量很大时可用蛇管传热，采用,螺旋桨式或涡轮式搅拌器,，,并加挡板,。,46 7、结晶,47,第三节 搅拌功率,一、搅拌器混合效果与功率消耗,N=gq,V,H,式中：,q,V,搅拌器排液量（流量）；,H,搅拌器对单位重量液体所做的功，即压头。,在等功率条件下，采用大直径、低转速搅拌器，更多的功率消耗于总体流动，有利于大尺度上的均匀混合；采用小直径、高转速搅拌器，更多的功率消耗于湍动，有利于小尺度上的均匀混合。,47第三节 搅拌功率一、搅拌器混合效果与功率消耗,48,搅拌器的功率与罐内造成的流动状态有关，所以,影响流动状态的因素也是影响搅拌功率的因素,。与搅拌功率有关的因素可分为,几何因素,与,物理因素,两类。,1,、影响搅拌功率的几何因素有：,(1),搅拌器的直径；,(2),搅拌器叶片数量、形状以及叶片长度和宽度；,(3),搅拌器内径；,二、均相液体的搅拌功率,48 搅拌器的功率与罐内造成的流动状态有关，所以影响流,49,(4),搅拌器中所装液体高度；,(5),搅拌器距罐底部的距离；,(6),挡板数目及宽度。,2,、对于均相液体搅拌过程，影响搅拌功率的主要物理因素为：,(1),液体的密度,；,(2),液体的粘度,；,(3),搅拌器转速,n,；,(4),重力加速度,g,等。,3,、功率曲线,（了解 ）,49 (4)搅拌器中所装液体高度；,50,第四节 搅拌器的放大,放大：,通过小型设备模拟试验所取得的最佳操作条件及搅拌器的工艺参数，经过适当的计算处理，从而获得设计工业生产规模的搅拌装置所需的操作条件和数据的过程。,50第四节 搅拌器的放大 放大：通过小型设备模拟试验,51,对于一般搅拌装置的放大，要求实验系统（模型）与实际生产系统（原型）之间的相似有：几何相似、流体运动相似、动力学状态相似热相似等。实际上要同时满足这些相似条件是不可能的，但,两系统几何相似是相似放大的基本要求,。,几何相似是指模型与原型相应几何尺寸的比例都相等。,搅拌器通常采用两种方法进行放大。一种是按功率数据放大，另一种是按工艺结果放大。前者比后者必须满足的相似条件少。,51 对于一般搅拌装置的放大，要求实验系统（模,52,第五节 其他类型搅拌器,磁力驱动搅拌器简称磁力搅拌器。其主要特点是利用原动机带动外部永久磁体转动，当外磁体旋转时，通过磁场的作用，驱动封闭在隔离套内的与搅拌轴连接的内磁体同步旋转，从而实现无接触、无摩擦地将扭矩传送到搅拌器，实现搅拌的目的。,磁力搅拌器罐内介质处于完全封闭状态，完全无泄漏和污染，能实现高温、高压,一、磁力搅拌器,52第五节 其他类型搅拌器 磁力驱动搅拌器,53,、高真空度、高转数下进行的各种易燃、易爆以及有毒介质的搅拌，特别适用于制药、精细化工以及微生物工程等行业进行试验和生产。,53、高真空度、高转数下进行的各种易燃、易爆以及有毒介质的搅,54,二、液流搅拌器,液流搅拌器是利用循环泵等对液体提供能量，使液体从喷嘴以高速,射流,的形式喷出，高速射流在静止流体中穿过时，一方面推动其前方的液体运动，另一方面，由于射流边界上存在的高剪切速率造成的大量旋涡会把周围静止的液体挟带到射流中，把动量传递给低速液体，使流体混合。液流搅拌器对压头的要求比较高,。,下图为大型混合罐用液流搅拌装置示意图。,54二、液流搅拌器,55,大型釜用液流搅拌,55大型釜用液流搅拌,56,三、气流搅拌,气流搅拌是向液体中通入气流以搅拌液体的方法：气体通入液层中产生的气泡在液体内上升的过程中所造成的液体湍动可以产生良好的搅拌作用。用于搅拌的气体主要是压缩空气，有时亦采用二氧化碳气体、氮气等。当被搅拌的液体需加热，且允许加入水分时，也可通入水蒸气。,气流搅拌装置有鼓泡器和气流搅拌槽。,56三、气流搅拌,57,1,、鼓泡器,由管壁开有许多小孔的管子构成。鼓泡器安装在容器底部，气体从小孔吹出，在液体中鼓泡。工业应用的鼓泡器是使气泡成串通过液层，借射流的夹带和湍流脉动促使液体混合。,2,、气流搅拌槽,为矿物类物质浸取的常用设备。它是一个带锥底的直立圆槽，通常在中央设置导流筒。从导流筒底部通入的压缩空气，带动筒内矿桨上升。矿桨升至筒口溢出，然后在筒外下降，形成循环流动。,57 1、鼓泡器,58,将小直径高转速搅拌器与大直径低转速搅拌器的特点、适用范围进行比较，并列举这两种搅拌器的典型代表。,作业：,58 将小直径高转速搅拌器与大直径低转速搅拌器的特点、,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,第一章液体搅拌课件,