化工原理第四章液体搅拌课件
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化工原理第四章第三节讲稿.ppt
如果用 T 表示贴壁处流体的温度梯度，
n n0
则 dQ dS T 与牛顿冷却定律 dQ dST联立：
n n0
2020/12/9
T
T n n0
——理论上计算对流传热系数的基础
表明：对一定的流体，当流体与壁面的温度差一定时，对 流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度。
热边界层的厚薄，影响层内温度分布，因而影响温度梯度 。当边界层内、外的温度差一定时，热边界层越薄，温度梯 度越大，因而α也就上升。因此通过改善流动状况，使层流 底层厚度减小，是强化传热的主要途径之一。
第四章 传热
第三节 对流传热
一、对流传热的分析 二、壁面和流体的对流传 热速率 三、热边界层
2020/12/9
一、对流传热的分析
滞流内层 流体分层运动，相邻层间没有流体的
宏观运动。在垂直于流动方向上不存
在热对流，该方向上的热传递仅为流
流体沿固体 壁面的流动
体的热传导。该层中温度差较大，即 温度梯度较大。 缓冲层 热对流和热传导作用大致相同，在该层
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律可以表示为：Q St
2、对流传热系数
对流传热系数a定义式： Q
St
表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。 单位W/m2.k。 反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快。
2020/12/9
三、热边界层与换热微分方程式
热边界层（温度边界层） ：
壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域 。
对流传热速率
对流体间的温度差
阻力：影响因素很多，但与壁面的表面积成反比。
对流传热速率方程可以表示为：
Q T Tw 1
dS
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n n0
则 dQ dS T 与牛顿冷却定律 dQ dST联立：
n n0
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T
T n n0
——理论上计算对流传热系数的基础
表明：对一定的流体，当流体与壁面的温度差一定时，对 流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度。
热边界层的厚薄，影响层内温度分布，因而影响温度梯度 。当边界层内、外的温度差一定时，热边界层越薄，温度梯 度越大，因而α也就上升。因此通过改善流动状况，使层流 底层厚度减小，是强化传热的主要途径之一。
第四章 传热
第三节 对流传热
一、对流传热的分析 二、壁面和流体的对流传 热速率 三、热边界层
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一、对流传热的分析
滞流内层 流体分层运动，相邻层间没有流体的
宏观运动。在垂直于流动方向上不存
在热对流，该方向上的热传递仅为流
流体沿固体 壁面的流动
体的热传导。该层中温度差较大，即 温度梯度较大。 缓冲层 热对流和热传导作用大致相同，在该层
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律可以表示为：Q St
2、对流传热系数
对流传热系数a定义式： Q
St
表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。 单位W/m2.k。 反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快。
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三、热边界层与换热微分方程式
热边界层（温度边界层） ：
壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域 。
对流传热速率
对流体间的温度差
阻力：影响因素很多，但与壁面的表面积成反比。
对流传热速率方程可以表示为：
Q T Tw 1
dS
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化工原理-第四章搅拌-PPT
多数混合过程三种机理同时存在。湍流扩散系数约为分子扩 散系数的105~107倍，湍流搅拌中，湍流混合占主导作用。
13
均相物系的混合机理
低粘度液体的混合机理： 由于强剪切作用，大涡旋的分裂使液团分散成小尺度旋涡。 由于粘滞阻力，能量全部转化为热能而耗散。 叶轮附近剪切力大，湍动最为激烈，液体的混合作用主要发 生在叶轮附近的混合区中。 对于低粘度的互溶液体的混合，提供足够的循环量是主要的， 剪切强度次之。
17
搅拌混合效果
搅拌效果可有不同的表达方式。若为强化化学反应，可用转 化率来衡量，若为传热与传质，则可用传热系数和传质系数 的大小来衡量。
设容器中有体积分别为 VA 和 VB 两种液体，则A的平均浓度为：
CA0
VA VA VB
CA<CA0
I CA CA0
CA>CA0
I 1CA 1 CA0
I —— 混合指数或混合百分数。若取 n 个样品，则平均混合 百分数为
➢ 功率相等条件下，大直径、低转速叶轮更多的功率消耗于 总体流动。小直径、高转速的叶轮更多功率消耗于湍动。
20
功率关联式及功率曲线
由于搅拌槽内液体的运动状况很复杂， 影响功率的因素很多。不能由理论分 析法，常利用因次分析方法，通过实 验关联。
对几何相似的搅拌装置，各形状因子 均为常数。
“标准”构型搅拌装置
(3) 保持雷诺数Re不变
n1d12
n2
d
2 2
27
N QH
➢ N 相同时，既可产生大流量、低压头，也可产生高压头、 小流量；
➢ 叶轮提供给液体的全部功率用于产生流量和压头；
➢ 不同工艺过程对 Q 及 H 要求不一样，例：低粘度均相液 体的混合需要泵送流量大而气-液混合需要强剪切作用。
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均相物系的混合机理
低粘度液体的混合机理： 由于强剪切作用，大涡旋的分裂使液团分散成小尺度旋涡。 由于粘滞阻力，能量全部转化为热能而耗散。 叶轮附近剪切力大，湍动最为激烈，液体的混合作用主要发 生在叶轮附近的混合区中。 对于低粘度的互溶液体的混合，提供足够的循环量是主要的， 剪切强度次之。
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搅拌混合效果
搅拌效果可有不同的表达方式。若为强化化学反应，可用转 化率来衡量，若为传热与传质，则可用传热系数和传质系数 的大小来衡量。
设容器中有体积分别为 VA 和 VB 两种液体，则A的平均浓度为：
CA0
VA VA VB
CA<CA0
I CA CA0
CA>CA0
I 1CA 1 CA0
I —— 混合指数或混合百分数。若取 n 个样品，则平均混合 百分数为
➢ 功率相等条件下，大直径、低转速叶轮更多的功率消耗于 总体流动。小直径、高转速的叶轮更多功率消耗于湍动。
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功率关联式及功率曲线
由于搅拌槽内液体的运动状况很复杂， 影响功率的因素很多。不能由理论分 析法，常利用因次分析方法，通过实 验关联。
对几何相似的搅拌装置，各形状因子 均为常数。
“标准”构型搅拌装置
(3) 保持雷诺数Re不变
n1d12
n2
d
2 2
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N QH
➢ N 相同时，既可产生大流量、低压头，也可产生高压头、 小流量；
➢ 叶轮提供给液体的全部功率用于产生流量和压头；
➢ 不同工艺过程对 Q 及 H 要求不一样，例：低粘度均相液 体的混合需要泵送流量大而气-液混合需要强剪切作用。
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•两侧的α相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K
值。
•污垢热阻为控制因素时，则必须设法减慢污垢形成速率或及
时清除污垢。
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例：有一列管换热器，由φ25×2.5的钢管组成。CO2在管内 流动，冷却水在管外流动。已知管外的α1=2500W/m2·K，管 内的α2= 50W/m2·K 。 （1）试求传热系数K； （2）若α1增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大 的百分率； （3）若增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增 大的百分率。
——换热器的热量衡算式
若换热器中的两流体的比热不随温度而变或可取平均温度
下的比热时 Q Whcph T1 T2 Wccpct2 t1
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若换热器中热流体有相变化，例如饱和蒸汽冷凝，冷凝 液在饱和温度下离开。
Q Wh r Wcc pc t2 t1
若冷凝液的温度低于饱和温度离开换热器
依据：总传热速率方程和热量恒算
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一、热量衡算
热量衡算是反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系
对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失可忽略 则在单位时间内的换热器中的流体放出的热量等于冷流体吸
收的热量。即：Q Wh Hh1 Hh2 Wc Hc1 Hc2
应用：计算换热器的传热量
K 0 dm i di
或K
1
1 bd0 d0
0 dm idi
同理：
——基于外表面积总传热系数计算公式
1 Ki 1 bd0 d0
i dm 0di
Km
dm
1 b
di
idi 0d0
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3、污垢热阻
在计算传热系数K值时，污垢热阻一般不可忽视，污垢热 阻的大小与流体的性质、流速、温度、设备结构以及运行时 间等因素有关。
化工原理液体流动ppt课件
pp21
dp
-z1 gdz
z2
由于 和 g 是常数，故
J/k g
P
静止液体内压力的分布
a
若将图中的点1移至液面上（压强为p0 ），则上式变为:
上三式统称为流体静力学基本方程式。
精选PPT课件
21
二、流体静力学基本方程式讨论
(1) 适用条件 重力场中静止的，连续的同一种不可压缩流体(或压力
变化不大的可压缩流体,密度可近似地取其平均值 ）。 （2）衡算基准 衡算基准不同，方程形式不同：
一、方程式推导
图1-3所示的容器中盛有密度为
ρ的均质、连续不可压缩静止液体。
如流体所受的体积力仅为重力，并取
z 轴方向与重力方向相反。若以容器
底为基准水平面，则液柱的上、下底 z
面与基准水平面的垂直距离分别为Z1、
Z2 。现于液体内部任意划出一底面积 o
为A的垂直液柱。
精选PPT课件 图1-3流体静力学基本方程推19 导
p1p2Rg
精选PPT课件
0
a
b
R
p1 p2
29
(c)微差压差计
p1 p2
在U形微差压计两侧臂的上端装有扩张室，其
直径与U形管直径之比大于10。当测压管中两指示
剂分配位置改变时，扩展容器内指示剂的可认为维
持在同水平面，压差计内装有密度分别为 01 和 0 2
02 的两种指示剂，当 有微压差p 存在时，尽管两
绝对压强 以绝对零压作起点计算的压强,是流体的真实压
强。
表压强 压强表上的读数，表示被测流体的绝对压强比大
气压强高出的数值，即: 表压强＝绝对压强－大气压强
真空度 真空表上的读数，表示被测流体的绝对压强低于
化工原理_第四章搅拌(07级)
式中 k 为与流态区间有关，与几何构型有关的常数。
彭 清 静
功率关联式及功率曲线
将 φ 或 P0 与 Re 标绘在双对数坐标上，就可得到功率曲线。 对一具体几何构型只有一条功率曲线，与搅拌槽大小无关。
吉 首 大 学
彭 清 静
功率关联式及功率曲线
层流区：Re<10
φ = P0 = kRe −1
d nρ N = 71 3 5 µ ρn d
彭 清 静
搅拌槽内流体的流动状态 流型与搅拌方式、叶轮、槽、档板等几何特征以及流体性质， 转速等因素有关。 对搅拌器在槽中心的搅拌：切向流、轴向流、径向流。对混 合起主要作用的是轴向流与径向流。 搅拌雷诺数：
Re = d 2 nρ / µ
吉 首 大 学
例如：八直叶涡轮有档板的标准搅拌槽： 1＜Re＜10，叶轮附近为滞流旋转流动，其余部分为停滞区； Re＞10，叶端有泵出流，引起槽内上下循环流，滞流； 100＜Re<1000，过渡流，叶轮周围液体为湍流状态，而上下 循环流仍为滞流； Re>103，整个槽内都呈湍流。
吉 首 大 学
彭 清 静
螺旋桨式：直径小、转速高、流量大、压头低。 螺带式：旋转半径大，搅动范围广、转速低、压头小，适于 高粘度液体的搅拌。
常见搅拌器类型 径向流式 (Radial-flow) 液体在槽内作切向和径向的涡旋运动，总 体流动较复杂。适用于搅拌中等和低粘度 的液体，特别适用于不互溶液体的分散、 气体和固体的溶解、液相反应及传热等操 作，对于易分层的物系则不适用。 涡轮式：转速高，叶片宽，与螺旋浆式比 较流量小、压头高。 平叶片浆式：叶片较长、转速较慢，产生 的压头较低。可用于较高粘度液体的搅拌。 锚式和框式：旋转半径更大 (仅略小于反应槽的内径)，搅动 范围很大，转速更低，产生的压头更小，适用于较高粘度液 体的搅拌，也常用来防止器壁产生沉积现象。
化工原理第四章讲稿PPT课件
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3、间壁式换热
间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁 的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。 传热过程可分为三步： •热流体将热量传给固体壁面（对流传热） •热量从壁的热侧传到冷侧（热传导） •热量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热） 壁的面积称为传热面，是间壁式换热器的基本尺寸。
q t1 t3
b1
1
r0
b2
2
接触热阻与接触面的材料，表面 粗糙度及接触面上压强等因素有 关。
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42
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2、多层平壁的稳定热传导
Q
1S
t1
t2 b1
t1 b1
1S
t1 R1
2S
t2 b2
t3
t2 b2
t2 R2
2S
3S
t3
t4 b3
t3 b3
t3 R3
3S
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t1 QR1,t2Q2R,t3 QR3
Qt1t2 t3 R1R2 R3
b1
SdLn
d——管径可分别用管内径di,管外径d0或平均直径dm来表示。 则对应的传热面积分别为管内侧面积Si，外侧面积S0或平均面 积Sm
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六、传热速率与热通量
传热速率（热流量 ）Q :
单位时间内通过传热面的热量，单位为w。
热通量（又称为热流密度或传热速度）q :
单位传热面积的传热速率。单位为w/m2
35
2、固体的导系数
纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低， 金属的导热系数大都随纯度的增加而增大。 非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数随密度增加而增 大，也随温度升高而增大。
化工原理课件第四章第三节优秀课件
5. 是否发生相变
主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。
发生相变时，由于汽化或冷凝的潜热远大 于温度变化的显热（r远大于cp）。
一般情况下，有相变化时对流传热系数较 大，机理各不相同，复杂。
相变 > 无相
4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立
由于对流传热本身是一个非常复杂的物理 问题，现在用牛顿冷却定律把复杂问题用简单 形式表示，把复杂问题转到计算对流传热系数 上面。
湍流核心：在远离壁面的湍流中心，流体质点 充分混合，温度趋于一致（热阻 小），传热主要以对流方式进行。
质点相互混合交换热量，温差小。
过渡区域：温度分布不像湍流主体那么均匀，也 不像层流底层变化明显，传热以热传 导和对流两种方式共同进行。
质点混合，分子运动共同作用，温度变化平缓。
根据在热传导中的分析，温差大热阻就大。
假设流体与固体壁面之间的传热热阻全集 中在厚度为δt有效膜中，在有效膜之外无热阻 存在，在有效膜内传热主要以热传导的方式进 行。
该膜既不是热边界层，也非流动边界层， 而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热 的虚拟膜。
由此假定，此时的温度分布情况如下图所示。
建立膜模型：
t e
4-16
式中 ：
δt ──总有效膜厚度； δe ──湍流区虚拟膜厚度； δ──层流底层膜厚度。
湍 > 层
4. 传热面的形状，大小和位置
不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成 边界层分离，产生旋涡，增加湍动，使增大。
•形状：如管、板、管束等； •大小：如管径和管长等；
•位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和 三角形排列）；管或板是垂直放置还是 水平放置。
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热 系数有决定性影响的特性尺寸L来表示其大小。
41化工原理第4章PPT.ppt
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
（1）沉降的加速段
将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，若，颗粒在重力
的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？
Fg
mg
6
dP3P g
Fb
6
dP3
g
FD
AP
1 2
u 2
4
dP2
1 u 2
2
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
（2）沉降的等速阶段
时
随 du
d
u
，Fd ,到某一数值 u t 时，式（5-16）右边等于零，此 0，颗粒将以恒定不变的速度 ut 维持下降。此 ut 称为颗粒的沉
降速度或造端速度。对小颗粒，沉降的加速段很短，加速度所经历的距
离也很小。因此，对小颗粒沉降的加速度可以忽略，而近似认为颗粒始
旋风分离器的内旋气流在底部旋转上升时，会在锥底成升力。即使在常 压下操作，出口气体直接排入大气，也会在锥底造成显著的负压。如果锥底 集尘室密封不良，少量空气串入器内将使分离效率严重下降。故出灰口的密 封问题非常重要。
5.3.2离心沉降设备
下面介绍旋风分离器的改型问题： 底部旋转上升会将已沉下的部分颗粒重新卷起，这 是影响旋风分离器分离效率的重要因素之一。为抑制这 一不利因素而设计了一种扩散式旋风分离器，它具有上 小下大的外壳，这种分离器底部设有中央带孔的锥形分 割屏，气流在分割屏上部转向排气管，少量气体在分割 屏与外锥体之间的环隙进入底部集尘斗，再从中央小孔 上升。这样就减少了已沉下的粉粒重新被卷起的可能性。 因此，扩散式旋风分离器分离效率提高，宜用于净化颗 粒浓度较高的气体。
化工原理搅拌的工作原理
化工原理搅拌的工作原理搅拌是指将两种或两种以上不同状态、不同性质或不同温度的物质进行混合或均匀的工艺过程。
在化工工艺中，搅拌是非常重要的一项操作，因为合适的搅拌可以保证反应物的均匀混合，提高反应效率和产物质量，同时还可以提高传质与传热效率。
搅拌的工作原理主要包括以下几个方面：1. 传质效应：搅拌可以促进物质之间的传质作用，加速反应物混合的速度。
通过搅拌，可以将反应物分子间的距离缩小，增加相互碰撞的机会，增大接触面积，从而提高传质速率。
此外，搅拌还可以防止反应物因密度不同而产生分层，保证整个反应系统的均匀混合。
2. 传热效应：搅拌可以增加物料与搅拌器之间的接触面积，从而加快传热速率。
对于高度粘稠液体或固体颗粒悬浮的物料来说，搅拌可以将热量迅速传递到物料中心，提高传热效率。
此外，搅拌还可以防止物料在容器中形成温度梯度，保证整个反应过程的温度均匀性。
3. 均质化效应：搅拌可以将不同性质的物质均匀混合，使其成为均质的体系。
通过搅拌，可以打破固体颗粒的团聚，使其均匀悬浮在液相中；可以将少量添加剂快速均匀地分散到大量基质中；可以将溶解速度较慢的物质与溶剂充分混合等。
搅拌使得各种组分达到均匀分布，从而提高工艺稳定性和产物质量。
4. 机械应力效应：搅拌器的运动会对反应体系产生机械力，例如：剪切、压缩和拉伸等。
这些机械力可以对反应物质或反应过程产生影响。
例如，通过调节搅拌器的转速和形状，可以改变物料的剪切速率，从而对物料进行均质化或分散；可以改变物料的紊流程度，影响气液传质和固液混合等。
在实际应用中，搅拌的关键是选择合适的搅拌器和搅拌条件。
搅拌器的种类繁多，常见的有搅拌桨、叶片、齿轮、螺旋等。
选用不同的搅拌器可以满足不同工艺对于搅拌的要求。
同时，搅拌条件如搅拌速度、搅拌时间、搅拌器与反应体系的相对位置等也会对搅拌效果产生影响。
总之，搅拌是化工工艺中非常重要的一项操作，其工作原理主要包括传质效应、传热效应、均质化效应和机械应力效应。
第四章_搅拌
2/13
《化工原理》电子教案/第四章 化工原理》电子教案/
第四章 搅拌
第一节 概述
虽然搅拌与混合是一种很常规的单元操作， 虽然搅拌与混合是一种很常规的单元操作，但是由 于其流动过程的复杂性，理论方面的研究还很不够， 于其流动过程的复杂性，理论方面的研究还很不够，对 搅拌装置的设计和操作至今仍带有很大的经验性 经验性。 搅拌装置的设计和操作至今仍带有很大的经验性。
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轴向流 ---液体沿着与搅拌轴平行的 ---液体沿着与搅拌轴平行的
第二节 搅拌设备中的流动
在无挡板槽中，搅拌桨偏心安装可以有效地进行搅拌。 在无挡板槽中，搅拌桨偏心安装可以有效地进行搅拌。
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第四节 搅拌设备的结构
径向流桨---各种直叶、弯叶涡轮桨（通常带有圆盘） ---各种直叶、弯叶涡轮桨（通常带有圆盘） 各种直叶
桨叶
六直叶涡轮桨
六弯叶圆盘涡轮桨
锚式
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第四节 搅拌设备的结构
目录
第四章 搅拌
第一节 概述 第二节 搅拌设备中的流动
一、搅拌桨产生的三种基本流型 搅拌桨产生的三种基本流型 二、搅拌槽内流体流动型态
第三节 第四节 第五节
混合机理 搅拌设备的结构 搅拌功率及功率曲线
1
《化工原理》电子教案/目录 化工原理》
第四章 搅拌
第一节 概述
搅拌操作的目的： 搅拌操作的目的： （1）制备均匀混合物； 制备均匀混合物； （2）促进传质； 促进传质； （3）促进传热； 促进传热； （4）上述三种目的之间的组合。 上述三种目的之间的组合。
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化工原理第四章液体搅拌
11
一．搅拌器的基本流型
搅拌槽内液体进行着三维流动： 径向流 周向流 轴向流
化工原理第四章液体搅拌
12
二．流体的流动状态
搅拌雷诺数
d 2n
Re
叶轮直径 搅拌器转速
液体密 度
液体黏度
化工原理第四章液体搅拌
13
二．流体的流动状态
Re10
叶轮周围液体随叶 轮旋转作周向流，远离 叶轮的液体基本是静止 的，属于完全层流。
化工原理第四章液体搅拌
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一．均相液体的混合机理
3．分子扩散 均相液体在分子尺度的均匀混合靠分子扩
散。但是槽内液体强的湍动使微团尺寸的减小， 大大加速了分子扩散。
化工原理第四章液体搅拌
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二．非均相物系的混合机理
对于非均相物系，为达到小尺度的宏观混 合，同样应强化湍动，使分散相尺寸尽可能减 小。
化工原理第四章液体搅拌
21
四．增强搅拌槽内液体湍动的措施
❖抑制“打旋”现象的发生 ❖设置导流筒 ❖提高搅拌器转速
化工原理第四章液体搅拌
22
第四章 液体搅拌
4.1 搅拌器的性能和混合机理 4.1.1 搅拌设备 4.1.2 搅拌作用下流体的流动
4.1.3 混合机理
化工原理第四章液体搅拌
23
一．均相液体的混合机理
化工原理第四章液体搅拌
7
二．机械搅拌器的类型
工作原理
一类以涡轮式为代表，具有流量小、压 头较高的特点。平桨式、锚式、框式也 属于这一类搅拌器，但其生产的压头较 低。 一类以推进式为代表，具有流量大、压 头低的特点。螺带式，折叶桨式等也属 于此类。
化工原理第四章液体搅拌
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三．搅拌器的性能
几种常用搅拌器的典型尺寸比例、操作参 数（主要指转速或叶片端部周围速度）、对液 体粘度的适用范围及搅拌槽中液体的流动状况 都标注于表4-1中。
槽体
搅拌槽（釜） 附件（挡板、导流筒等）
化工原理第四章液体搅拌
4
一．搅拌设备的基本结构
1―搅拌槽；2―搅拌器； 3―搅拌轴；4―加料管； 5―电动机；6―减速机； 7―联轴节；8―轴封； 9―温度计套管；10― 挡板；11―放料阀
动画20ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图4-1典型的搅拌设备
化工原理第四章液体搅拌
5
二．机械搅拌器的类型
图4-2 （a）
化工原理第四章液体搅拌
14
二．流体的流动状态
10R e30
液体的运动达到槽 壁，并沿槽壁有少量上 下循环流发生，此现象 为部分层流，仍为层流 范围。
图4-2 （b）
化工原理第四章液体搅拌
15
二．流体的流动状态
30Re103
桨叶附近的液体已 出现湍流，而其外周仍 为层流，此为过渡流状 态。
图4-2 （c）
化工原理第四章液体搅拌
16
二．流体的流动状态
Re 103
流体达湍流状态。 若槽壁处无挡板时，由 于离心力的作用，搅拌 轴附近会形成旋涡，搅 拌器转速越大，形成的 旋涡越深，这种现象称 为“打旋”。
图4-2 （d）
化工原理第四章液体搅拌
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二．流体的流动状态
Re 103
槽内加挡板，抑制 “打旋”现象发生。
图4-2 （e）
化工原理第四章液体搅拌
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三．搅拌槽内液体的循环量和压头
1．排液量和液体的循环量 排液量 从叶轮直接排出的液体流量称为排液量。 循环量 指参与循环流动的所有液体的体积流量（包 括排出流量和诱导流量）。
化工原理第四章液体搅拌
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三．搅拌槽内液体的循环量和压头
2．搅拌槽内液体的压头
搅拌器叶轮旋转时既能使液体产生流动，又能
叶片形状
平叶(如平叶桨式、平直叶涡轮式) 折叶（如折叶桨式） 螺旋面叶（如推进式、螺带式、螺杆式等）
化工原理第四章液体搅拌
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二．机械搅拌器的类型
对液体黏 度适应性
适用于低中粘度的有桨式、涡轮 式、推进式（又称旋桨式）及三 叶后掠式； 适用于高粘度的大叶片、低转速 搅拌器，如锚式、框式、螺带式、 螺杆式及开启平叶涡轮式等。
化工原理第四章液体搅拌
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第四章 液体搅拌
4.1 搅拌器的性能和混合机理 4.1.1 搅拌设备 4.1.2 搅拌作用下流体的流动 4.1.3 混合机理
4.1.4 其它类型混合器（自学） 4.1.5 搅拌器的选型和发展趋势（自学）
产生用来克服流动阻力的压头。压头通常用速度头
的倍数来表示。
H u2 2g
液体离开叶 轮的速度
u nd
因此压头 Hn2d2
功率
PHqn3d5
化工原理第四章液体搅拌
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三．搅拌槽内液体的循环量和压头
3．搅拌效果与q/H
q d 8/3 H
q n8/5 H
叶轮操作的基本原则是：当消耗相同的功率时， 若搅拌过程是以宏观混合为目的（即大循环流小 剪切），宜采用大直径、低转速的叶轮。相反， 如果要求高剪切流动（即小尺寸的微观混合）， 则宜采用小直径、高转速叶轮。
1．总体对流扩散 排出流和诱导流造成槽内液体大范围宏观
流动，并产生整个槽内液体流动循环，这种流 动称为总体流动。总体流动能使液体宏观上均 匀混合（大尺度的混合）。
化工原理第四章液体搅拌
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一．均相液体的混合机理
2．涡流扩散 由于射流中心与周围液体交界处的速度梯度
很大而产生强的剪切作用，对低黏度的液体形成 大量旋涡。旋涡的分裂破碎及能量传递，使微团 尺寸减小（最小尺寸可达微米级），从而达到小 尺寸的微观均匀组合。
第四章 液体搅拌
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握常用典型搅拌器的性能 ，以便根据搅拌目的、物料特性和工艺对混合指 标的要求，选择适宜结构形式的搅拌装置并确定 最佳的操作条件（如转速、功率等）。
化工原理第四章液体搅拌
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概述
搅拌
使两种或多种不同的物料达到均匀混合的 单元操作称为物料的搅拌或混合。 搅拌的目的
化工原理第四章液体搅拌
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第四章 液体搅拌
4.1 搅拌器的性能和混合机理 4.1.1 搅拌设备 4.1.2 搅拌作用下流体的流动
化工原理第四章液体搅拌
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一．搅拌器的基本流型
搅拌槽的流动： 1.在搅拌槽内形成一个循环流动，称为总体流 动，达到大尺寸的宏观混合； 2.高速旋转的叶轮及其射流核心与周围流体产 生强剪切（或高度湍动），以实现小尺寸的均 匀混合。
（1）使被搅拌物料各处达到均质混合状态 （2）强化传热过程 （3）强化传质过程 （4）促进化学反应
化工原理第四章液体搅拌
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第四章 液体搅拌
4.1 搅拌器的性能和混合机理 4.1.1 搅拌设备
化工原理第四章液体搅拌
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一．搅拌设备的基本结构
搅拌设备
搅拌装置
搅拌器 传动机构
叶轮 搅拌轴
轴封（填料函密封和机械密封）