杏彩体育:搅拌的应用及工艺过程

　　1.搅拌设备常规设计方法搅拌装置广泛用于工艺过程的混合（如调和、乳化、分散、固液悬浮等）；传质（如溶解、气体吸收、结晶、；精细化工（如化妆品、涂料、/无机化工等行业。②在萃取、浸取等）；传热（如加热、冷却等）；传递动能；反应等。具体涉及生物发酵（如医药、饲料、饮料、酒类、调味品等）；石油化工（如合成树脂、合成纤维、合成橡胶、粘接剂、催化剂等）染料、农药、助剂等）；环保（如给排水处理、烟气脱硫等）搅拌设备设计遵循以下三个过程：；湿法冶金；造纸；有机①根据搅拌操作目的和物系性质进行搅拌设备工艺设计及结构选型。选型的基础上进行该搅拌的特性计算和工艺工程设计。③进行搅拌设备的机械工程设计与费用评估。1.1根据搅拌操作目的和物系性质进行搅拌设备工艺设计及结构选型。1.1.1确定操作参数搅拌的操作参数包括搅拌槽容积、操作压力和温度、操作时间、连续或间歇操作、物料有关特性（见节）、物料的流动状态（见1.1.3节）、搅拌器有关参数等，其最基本目的则是要通过有关参数，进行计算搅拌流型、功率、循环能力、剪切力以及各种搅拌目的要求的特性参数计算。1.1.2明确搅拌操作目的于物系性质的关系了解搅拌操作目的和物系性质是搅拌设备设计的基础，表沉降速度，固体粒子含量，通气量等。表1.1.2-1搅拌操作目的与流动状态及物系性质的关系流搅拌操作目的连循环速率均相混合分散低粘度液高粘度液液-液相系气-液相系固-液相系固液悬浮（固-液相系）溶解（固-液相系）结晶（固-液相系）浸取（固-液相系）萃取（液-液相系）乳化（液-液相系）吸收（气-液相系）传热（气-固-液相系）¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤○¤¤¤○○○¤¤○续湍流扩散¤¤¤¤¤○¤¤¤¤○○○○○○○○¤○¤○动状相剪切流¤¤¤¤¤¤○○○○○¤¤¤¤态相对速度粘度粘度差○¤¤○○¤密密度度差物扩散系数○¤○○表面张力性导热系数比热容粒径浓度分布1.1.1-1展示不同搅拌操作目的与物系特性参数间1.1.2的联系。除此之外，需要了解的物系性质还包括：物料处理量，物料停留时间，体系反应的变化过程，固体粒子注：表中¤○表示该因素的影响程度，¤≥○。1.1.3搅拌流动状态（流型）搅拌槽内物系在搅拌作用下的流动状态是用雷诺数来度量的，搅拌雷诺数由下式定义：Re=ρdjn/μ式中ρ—物料密度；dj—搅拌器直径；n—搅拌器转速；μ物料粘度。一般认为：Re≤10~30时为层流；10~30≤Re≤10~10时为过渡流；Re≥10~10时为湍流。搅拌槽内的流型取决于搅拌方式；搅拌器、槽体、挡板等几何特征；流体性质；转速等因素。在一般湍流状态下，搅拌轴在槽中心安装，搅拌将产生如图1.1-1所示三种基本流型及偏心和侧壁安装的流型。Re≥10时，就可能334342①切向流：流体的流动平行于搅拌器所经历的路径，产生打旋即旋涡现象。流体混合及剪切分散效果差。除部分特定要求外（如吸气），搅拌流型设计中应尽量避免。对于中心顶入式搅拌在搅拌雷诺数产生打旋，一般用偏心安装及加装壁挡板来避免。②径向流：流体从桨叶以垂直于搅拌轴的方向排出，径向流动后，再向上、下输送。一般用于液液及气液分散等要求较大剪切力的流型。③轴向流：流体从桨叶以平行于搅拌轴的方向排出，形成轴向循环。一般用于液液混均及固液悬浮等要求轴向循环的流型。1.1.4搅拌操作目的、搅拌效果与搅拌器选型的关系搅拌器的选型首先应考虑达到搅拌目的的所需的桨型，同时力求消耗较小的功率。其次考虑叶轮的大小、作性。按照不同搅拌操作目的以及同类工艺借鉴来对搅拌器选型是常用的方法，节。表1.1.3.2-1常见搅拌器选型参数表搅拌器类型流动状态对流循环直叶涡轮折叶涡轮推进式桨式旋桨式盘式涡轮布鲁马金三叶后掠锚框式螺带/杆式¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤湍流循环¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤剪切流¤湍流湍流湍流湍/过渡流湍流湍流湍流湍流层/过渡流层/过渡流¤¤¤¤¤流型搅拌目的低粘混合¤¤¤¤¤¤¤高粘混合¤¤分散¤¤¤溶解¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤悬浮¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤气体吸收结晶¤¤¤¤¤¤¤¤传热液相反应¤¤¤¤¤¤¤¤最高粘度Pa.s100150转速高低的可操***如表1.1.3.2-1、表1.1.3.2-2所示。采用多种类型搅拌器组合来达到搅拌目的是目前常见的方法。各类搅拌器的形式、主要尺寸、特性参数见第表1.1.3.2-2操作目的和搅拌器各因素关系操作目的均相低粘度液混合（易溶液体调和）均相高粘度液混合液-液分散（不互溶液体混合）气-液分散气-液吸收固-液分散推荐搅拌器 推进式、轴流旋桨 及涡轮式等 锚框式、 螺带、 螺 杆、大叶片式等 轴流式涡轮、 圆盘 式涡轮、直叶涡轮 等 盘式涡轮、大叶片 式轴流涡轮等 均化器、锯齿圆 盘、胶体磨等 固 -液悬浮 推进式、轴流旋 桨、轴流涡轮等 评估搅拌效果的特性参 数 混合时间，混合指数，翻 转次数，均匀度 混合时间，剪切速率，翻 转次数，均匀度 均匀分散时间，液滴比表 面积、平均滴径或滴径分 布，分散均匀度 分散时间 ,气泡比表面积、 平均滴径或滴径分布，溶 气率，临界分散转速 固体破碎程度，粒子分布 均匀度、润湿程度 悬浮状态，临界悬浮转 速，固液浓度，比表面积 脆性粒子破碎 生成难于破碎的 泡沫及较稳定的 小气泡，返混增大 易产生乳化 过度搅拌对过程 影响 无影响，但返混增 大 依据多数非牛顿 流体特性来判断 两相再分开困难， 返混增大 搅拌器的循环流量或剪 切力的重要性 提高循环流量能增大搅 拌效果，剪切力影响小 循环流量及剪切速率均 能增大搅拌效果 剪切力用作液滴， 循环流动使液滴通过叶 轮强剪切区次数增多 剪切力用作气泡， 循环流动使气泡通过叶 轮强剪切区次数增多 剪切力用作打散粒子， 循环流动使粒子通过叶 轮强剪切区次数增多 提高循环流量提高搅拌 效果，剪切力无影响 固 -液溶解 推进式、轴流旋 桨、轴流涡轮等 溶解速度，以固粒表面积 为基准的液膜传质系数 及总容积传质系数 结晶速率，晶粒大小和均 匀度 悬浮状态，固液浓度，比 表面积，溶解速度 萃取速率，萃取效率，液 滴比表面积，液膜传质系 数和总容积传质系数 乳化速率，液滴大小及均 匀度 传热速率，液膜传热系 数，总传热系数 反应时间，传热、传质要 求，翻转次数。对高分子 聚合，转化率、相对分子 量及分布为主要指标 无影响，离底悬浮 即可 晶粒被破碎， 生成 大量晶核 无影响 两相再分开困难， 返混增大 液滴过小 提高循环流量提高搅拌 效果，剪切力影响有一 定影响 提高循环流量提高搅拌 效果，剪切力决定晶粒 粒径的大小。 提高循环流量提高搅拌 效果，剪切力无影响 剪切力用作液滴， 循环流动使液滴通过叶 轮强剪切区次数增多 剪切力用作液滴， 循环流动使液滴通过叶 轮强剪切区次数增多 固 -液结晶 桨式、开启涡轮、 推进式加导流筒 等 固 -液浸取 液 -液萃取 桨式、 轴流旋桨等 轴流旋桨、直叶涡 轮、盘式涡轮等 液 -液乳化 直叶涡轮、均化 器、胶体磨、 锯齿 圆盘等 传热 （气、 固、液） 推进式、轴流涡 轮、布鲁马金、 三 叶后掠式等 反应 （气、 固、液） 按特定的反应条 件要求配给 无影响， 提高循环流量提高搅拌 效果，剪切力影响小 据不同反应各有 要求 循环流量及剪切力对反 应均有影响。 注： 1. 对于停留时间很短的快速混合操作，宜选用管道搅拌器。 1.1.5 搅拌槽工艺结构设计 根据生产规模和搅拌操作目的确定搅拌槽的形状和尺寸。 高设备的利用率。 通常物料装料系数可取 较高可取高值 0.8~0.85。一般搅拌槽高径比为 1.2.1-1。 物料类型 液 -固体系 采用单层搅拌器 液 -液体系 采用单层搅拌器 气 -液体系 一般采用多层搅拌器 发酵罐 有传热要求槽 气 -液体系 一般采用多层搅拌器 气 -液 -固体系 高（液位）径比 0.7~1.0 1.0~1.3 1~2 1.7~2.5 1~2 在确定搅拌槽容积时应合理选用装料系数， 尽量提 0.6~0.85，如果物料容易起泡或沸腾取低值 0.6~0.7 ，当过程平稳或粘度 对传热影响、 对固液悬 0.8~2.5。高径比主要考虑对搅拌功率影响、 浮影响、对反应特性影响等方面。一般传热要求高、发酵等方面的槽高径比较大，固液悬浮的槽高径比较小。根 据实际经验常用高径比如表 表 1.2.1-1 常用搅拌槽高径比 种类 一般搅拌槽 1.1.5 搅拌装置安装位置与搅拌器安装尺寸要求 ① 搅拌装置沿搅拌槽中心轴线垂直安装 如右图所示， 大多数搅拌装置采用此种安装方式。 ρ /D（Ρ 为混合物比重） ，其次搅拌器上下可及范围为 数，同时浸入深度 h 一般不小于 直径、小间隙叶轮（例如螺带式，锚框式等） 表 1.1.5-1 湍流操作搅拌器安装尺寸关系 液 -液混合及分散 桨径 dj 0.2~0.4D 离底高 C 0.8~1.5dj 层间距 S 1~2.0dj 固 -液悬浮 桨径 dj 0.3~0.6D 离底高 C 0.3~1.0dj 层间距 S 0.5~2.0dj 气 -液分散 桨径 dj 0.3~0.4 离底高 C 0.8~1.5dj 层间距 S 1.5~2.5dj 在湍流操作下， 搅拌器的层数 N=H 4dj，按以上两者计算取大值决定层 1.1.5-1 选用。 1.5dj。对于过渡流、层流及中高粘流体可据实际选取大 。不同操作各参数间关系按表 粘度低桨径取低值， 离底高、 层间距 粘度低可取高值。 粘度低、 固体含量大桨径取大值， 间距反之，离底高以桨叶不埋没在固 体沉降层内为准 层 粘度低、 固体含量大桨径取大值， 间距反之，离底高气相进管为准 层 注：一般搅拌槽内配有挡板，导流筒等附件。 ② 平行搅拌槽中心轴线偏心安装；倾斜搅拌槽中心轴线安装。 对于部分液液混合、固液悬浮（固体含量少、易悬浮） 常采用偏心安装。 偏心距 E=1/4~1/2dj ；倾斜安装常见便 携式搅拌器， 夹持罐壁倾斜中心轴线） ，搅拌器离底高一般 5~10°安装 （见图 C=1.5~3dj 。此两类安装搅 拌器搅拌槽内无须挡板等附件，达到搅拌效果的功耗较 中心安装低，其余要求同中心顶入式搅拌。一般不用于 容积稍大的搅拌槽。 ③ 搅拌槽底部安装 底部安装的搅拌槽一般用于顶入安装轴伸长度较大的搅 拌槽， 用于降低轴长及轴径， ④ 搅拌槽侧壁安装 侧入式搅拌器常用于中、大型储罐的均质、调和、固液 悬浮等，常多个组合使用，针对储槽操作要求不同其安 装要求不同，详见图 1.1.6-2 所示。以上安装要求是按左旋推进式，从减速机往搅拌器看顺时针旋转的向左偏转 安装尺寸，对于搅拌器旋向及转向不同，其偏转方向不同。搅拌器与轴线夹角一般随罐体直径加大而增大。