化工原理课件搅拌
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化工原理-第三章-液体的搅拌
化工原理-第三章-液体的搅拌化工原理-第三章-液体搅拌1.简述搅拌釜中加挡板或导流筒的主要作用分别是什么(98)加挡板：有效地阻止容器内的圆周运动导流筒：严格地控制流动方向，既消除了短路现象又有助于消除死区；抑制了圆周运动的扩展，对增加湍动程度，提高混合效果也有好处2.大小不一的搅拌器能否适用同一条功率曲线？为什么？(00)不能，功率曲线只适合于尺度比例符合规定比例关系的，（几何相似）的搅拌装置，若比例关系不同，即对比变量数值就会不同，其功率曲线以不同。
3.搅拌器的两个功能是什么？改善搅拌效果的工程措施有哪些（提高液流的湍动程度）？(97.99.02.06)两个功能：（1）产生强大的总体流动（2）产生强烈的湍动或强剪切力场措施：（1）提高转速（2）阻止液体圆周运动，加挡板，破坏对称性（3）装导流筒，消除短路，清除死区4.搅拌器案工作原理可分为哪几类？各类搅拌器的特点是什么？(96.03)两大类：一类以旋桨式为代表，其工作原理与轴流泵叶轮相同，具有流量大，压头低的特点，液体在搅拌釜内主要作轴向和切向运动；一类以涡轮式为代表，其工作原理与离心泵叶轮相似，液体在搅拌釜内主要作径向和切向运动，与旋桨式相比具有流量较小，压头较高的特点。
5.搅拌器的放大准则(2005.2007)①保持搅拌雷诺数不变，μρ2nd 因物料相同，由此准则可导出小型搅拌器和大型搅拌器之间应满足（下标1，2分别表示小型，大型搅拌器）n 1d 12=n 2d 22②保持单位体积能耗不变，釜内所装的液体量为V O 系指釜内所装0V P的液体量为，由此准则可导出充分湍流区小型和大型搅拌器之间应满足 n 13d 12=n 23d 23③保持叶片端部切向速度nd 不变，可导出小型和大型搅拌器之间π应满足n 1d 1=n 2d 2④保持搅拌器的流量和压头之比值不变，H q v 2211n d n d = 归结成的经验式n 1d 1b =n 2d 2b 式中，b 值在0.67~2之间，由此推至一般，可以从小试与中试的实验数据寻找符合要求的b 值6.简述搅拌过程中的强化湍流过程的主要措施？(2004)（1）提高转速，搅拌器可提供较大的压头（2）阻止液体圆周运动，1.加挡板2.破坏循环回路对称性（3）装导流筒，消除短路，清除死区6.搅拌的目的是什么？混合（匀相），分散（液液，气液，液固），强化传热7.为什么要提出混合尺度的概念？因调匀度与取样尺度有关，引入混合尺度反映更全面8.旋桨式，涡轮式，大叶片低转速搅拌器，各有什么特长和缺陷？旋桨式适用于宏观调匀，不适用于固体颗粒悬浮液；涡轮式适用于小尺度均匀，不适用于固体颗粒悬浮液；大叶片低速搅拌器适用于高粘度液体或固体颗粒悬浮液，不适用于低粘度液体混合9.选择搅拌器放大准则的基本要求是什么？混合效果与小式相符10.宏观混合与微观混合宏观混合是从设备尺度到微团尺度或最小漩涡尺度考察物系的均匀性；微观混合是从分子尺度上考察物系的均匀性11.常用搅拌器的性能旋桨式：直径比容器小，转速较高，适用于低粘度液体。
《通气与搅拌》课件
磁力搅拌
优点是适用范围广，对于磁性物料的 混合效果好；缺点是对于非磁性物料 的混合效果不佳。
04
通气与搅拌的协同作用
通气对搅拌的影响
提高混合效率
通气能够增加搅拌过程中的气体含量 ，有助于提高液体的流动性，从而提 高混合效率。
降低能耗
促进化学反应
通气可以提供足够的氧气或其它气体 ，促进化学反应的进行。
搅拌
搅拌的基本原理是利用机械或流体动力方式使液体产生流动。通过搅拌器的作用，可以产生各种流型和流速分布 ，使液体中的各组分混合均匀。同时，搅拌还可以促进液体中的传热和传质过程，提高生产效率和产品质量。
02
通气技术
通气技术的种类
01
02
03
机械通气
通过机械装置产生气流， 使患者气道通畅，改善呼 吸功能。
磁力搅拌
利用磁场作用使物料进行均匀 混合，适用于磁性物料的混合
。
搅拌技术的原理
机械搅拌
通过搅拌桨或搅拌器对物料进 行机械作用，使物料产生相对 运动，从而达到混合均匀的目
的。
气流搅拌
利用气体流动产生的动能，使 物料在容器内形成循环流动， 从而达到混合均匀的目的。
超声波搅拌
利用超声波的振动能量使物料 内部的分子产生振动，从而使 物料混合均匀。
搅拌
搅拌是指通过机械或流体动力方式，使液体内部产生流动，促进液体中各组分 混合均匀的操作。搅拌可以应用于各种工业生产过程中，如食品加工、制药、 化工等。
通气与搅拌在工业生产中的应用
通气
在发酵工业中，通气是实现微生物生长 和代谢的重要手段。通过向发酵液中通 入无菌空气，供给微生物所需的氧气， 促进微生物的生长和代谢，从而生产出 各种发酵产品。此外，在化学反应中， 通气操作可以促进反应物之间的混合和 传质，提高反应速率和产物收率。
化工设备设计基础搅拌反应釜PPT课件
循 扩 流 度 混合
悬吸
反
环散
混 传热
浮收
应
合 反应
○○○○ ○ ○ ○ ○○○○ ○
○○○○ ○
○○
○○ ○
○○
○
○○ ○
○○ ○
搅拌容 器容积
(m3)
转速范 围(r/min)
最高 粘度 (P)
1~100 10~300 500 1~200 10~300 20 1~1000 10~500 500
折叶开启涡轮式 ○ ○
桨式搅拌器的转速一般为20～100r/min ， 最高粘度为20Pa·s 。
缺点 不能用于以保持气体和以细微化为目的 的气—液分散操作中。
30
第30页/共73页
2. 推进式搅拌器
推进式搅拌器（又称船用推进器） 常用于低粘流体中。
结构
标准推进式搅拌器有三瓣叶 片，其螺距与桨直径d相等。 它直径较小，d/D=1/4～1/3， 叶端速度一般为 7～10 m/s， 最高达15 m/s。
四、几种常用搅拌器简介 桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在
搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占 搅拌器总数的75～80％。
27
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1. 桨式搅拌器
结构最简单 叶片用扁钢制成，焊 接或用螺栓固定在轮 毂上，叶片数是2、3 或4 片，叶片形式可 分为平直叶式和折叶 式两种。
图9-3 桨式搅拌器
搅拌作业功率
搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳 方式完成搅拌过程所需要的功率。
最理想状态：搅拌器功率＝搅拌作业功率
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第48页/共73页
2、影响搅拌器功率的因素
搅拌器的几何参数与运转参数 搅拌槽的几何参数 搅拌介质的物性参数
第三章--分离与搅拌PPT课件
把已经沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保 证气体流动的雷诺准数处于滞流范围之内；
❖ 降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大， 分离效率低，通常仅适用于分离直径大于 50μm的颗粒，用于过程的预除尘。
❖ 多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面， 但出灰麻烦。
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15
2.沉降槽
❖ 利用重力沉降从 悬浮液中分离固 相的设备称为沉 降槽，它可从悬 浮液中分出清液 而得到稠厚的沉 渣，又称为增稠 器。按操作方式 分为间歇式和连 续式，一般化工 生产中均采用连 续沉降槽。
4
非均相物系的分离方法
❖ 1.沉降：依据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相 分离。据力的不同分：
重力沉降
离心沉降
❖ 2.过滤：借助压力或离心力使混合物通过某介质(固体)， 使液相与固相截留于介质两侧而达到分离的目的。主要用 于分离液态非均相物系。
❖ 3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗 粒溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力 沉降分离。
可编辑课件PPT
19
2.1 离心沉降速度
❖ 流体作圆周运动时，使其方向不断改变的力称为向心力。
而颗粒的惯性却促使它脱离圆周轨道而沿切线方向飞出，
这种惯性力称为离心力。当颗粒在距中心R处旋转时，其
切向速度uT，径向速度ur 。受力分析：
离心力：F m uT2 R
6
d3S
uT2 R
方向向外
向心力：FC
离心沉降速度 ur ：4d(3S)
uT2 R
❖ ut是常量，ur随uT和R变化，是变量。 ❖ 2.离心沉降所处理的非均相物系中固粒直径通常很小，沉
降一般在滞流区进行，故其沉降速度可表示为：
❖ 降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大， 分离效率低，通常仅适用于分离直径大于 50μm的颗粒，用于过程的预除尘。
❖ 多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面， 但出灰麻烦。
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2.沉降槽
❖ 利用重力沉降从 悬浮液中分离固 相的设备称为沉 降槽，它可从悬 浮液中分出清液 而得到稠厚的沉 渣，又称为增稠 器。按操作方式 分为间歇式和连 续式，一般化工 生产中均采用连 续沉降槽。
4
非均相物系的分离方法
❖ 1.沉降：依据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相 分离。据力的不同分：
重力沉降
离心沉降
❖ 2.过滤：借助压力或离心力使混合物通过某介质(固体)， 使液相与固相截留于介质两侧而达到分离的目的。主要用 于分离液态非均相物系。
❖ 3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗 粒溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力 沉降分离。
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19
2.1 离心沉降速度
❖ 流体作圆周运动时，使其方向不断改变的力称为向心力。
而颗粒的惯性却促使它脱离圆周轨道而沿切线方向飞出，
这种惯性力称为离心力。当颗粒在距中心R处旋转时，其
切向速度uT，径向速度ur 。受力分析：
离心力：F m uT2 R
6
d3S
uT2 R
方向向外
向心力：FC
离心沉降速度 ur ：4d(3S)
uT2 R
❖ ut是常量，ur随uT和R变化，是变量。 ❖ 2.离心沉降所处理的非均相物系中固粒直径通常很小，沉
降一般在滞流区进行，故其沉降速度可表示为：
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。
化工原理-4
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 体黏度的适用范围及搅拌槽中液体的流动状况 见教材上表4-1中。
4.1.2 搅拌作用下流体的流动
一、搅拌设备内的基本流型
搅拌槽内的流动：
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。
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、 螺杆式及平叶开启涡轮式等。
二、机械搅拌器的类型
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。）
3. 增加搅拌器的转速 ——小直径叶轮，高转速操作
4.1.3 混合机理
一、均相液体的混合机理
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）。
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 尺寸的微观均匀混合。 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。
H 2g
2 2
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。
化工原理第四章液体搅拌课件
（2）当设备尺寸由小放大时，上述的单纯条件同 样保持不变。
化工原理第四章液体搅拌
37
二．搅拌设备的放大
1.按搅拌功率放大
几何构形相同的搅拌设备，不论其尺寸大
小，均可用同一条功率曲线。即只要Re相等， 则Φ值必相同。如果符合全挡板条件，相同的 Re对应相等的PN值。这样通过测量试验设备的
搅拌功率便可推算出生产设备的搅拌功率。
包含待求功率 衡量流体流动状态 衡量重力的影响
PN KRexFry
化工原理第四章液体搅拌
32
二．搅拌功率的准数关联式
再令
PN Fr y
则有
PN KRex Fry
对于全挡板条件的搅拌装置， Fr 1
PN KRex
化工原理第四章液体搅拌
33
二．搅拌功率的准数关联式
对于一定几何构形的搅拌设备，通过实验得 到相应的经验公式或算图。搅拌功率计算的经验 公式很多，比较成熟的是均相系统，并以它为基 础估算非均相系统的搅拌功率。
化工原理第四章液体搅拌
9
第四章 液体搅拌
4.1 搅拌器的性能和混合机理 4.1.工原理第四章液体搅拌
10
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。
化工原理第四章液体搅拌
25
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
26
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
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二．搅拌设备的放大
1.按搅拌功率放大
几何构形相同的搅拌设备，不论其尺寸大
小，均可用同一条功率曲线。即只要Re相等， 则Φ值必相同。如果符合全挡板条件，相同的 Re对应相等的PN值。这样通过测量试验设备的
搅拌功率便可推算出生产设备的搅拌功率。
包含待求功率 衡量流体流动状态 衡量重力的影响
PN KRexFry
化工原理第四章液体搅拌
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二．搅拌功率的准数关联式
再令
PN Fr y
则有
PN KRex Fry
对于全挡板条件的搅拌装置， Fr 1
PN KRex
化工原理第四章液体搅拌
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二．搅拌功率的准数关联式
对于一定几何构形的搅拌设备，通过实验得 到相应的经验公式或算图。搅拌功率计算的经验 公式很多，比较成熟的是均相系统，并以它为基 础估算非均相系统的搅拌功率。
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.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。
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。
化工原理第三章 液体的搅拌
第三章 液体的搅拌一、搅拌目的和方法1、搅拌目的均相混合： 互溶液体的混合非均相混合：不互溶液体的分散、接触 液、液气、液的分散、接触固体颗粒在液体中悬浮接触（cat ） 传热2、方法机械搅拌 （图3-1）气流搅拌、射流搅拌、静态混合、管道混合二、搅拌器的类型与选用（表3-1）根据工作原理分类：旋浆式：（工作原理类似轴流泵叶轮轴向、切向运动）大流量、低压头涡轮式：（工作原理类似离心泵叶轮，径向、切向运动）小流量、高压头三、混合效果的度量（传热：传热系数；反应：转化率）1、调匀度：使B A V V ,完全均匀混合后，平均浓度 B A A Ao V V V C +=在搅拌器内任意地取样分析浓度，则定义调匀度：AoA C C I = （当Ao A C C <时） AoA C C I --=11 （当Ao A C C >时）显然，I<1，完全均匀时，I=1调匀度只能反映某局部的混合均匀效果，且其值与取样量的多少有关，整体混合效果用平均调匀度： mI I I I m +++= 212、混合尺度（分隔尺度） 图3-2分散物质微团尺寸（分隔尺度）的大小与调匀度应同时作为搅拌效果的描述指标，对不同的物系，其可能达到的尺度：互溶液体： 分子尺度不互溶液体：只能达到微团尺度，搅拌越激烈，微团尺度越小液固系统： 只能大尺度四、混合机理1、 大尺度的混合机理：（混合均匀）对微团尺度无要求，只要求微团均匀分布在容器内各处，要求搅拌器能产生强大的循环流量（总体流动），并且无流动死角。
（总体流动：图3-3、3-4）2、小尺度混合机理A .微团的形成：由于流体内部的剪切力使液滴变形，碎成小液滴，湍动越激烈，剪切力越大，微团尺度越小。
高压头——大小尺度大流量——混合均匀B .互溶液体的混合机理:分子尺度的混合，只能靠分子扩散完成。
搅拌只是将大液滴-->小液滴，即微团分散成小尺度，缩短达到分子尺度的时间，加快混合速度。
化工原理 第五章 搅拌机械
图5-11 标准搅拌器构型
二、功率关联式
• 若假定液体混合搅拌器的搅拌槽尺寸和叶轮直径d成比例，则利用前述的结 论，应用因次分析法可得如下功率关联式：
N d 2 n x n 2 d y K( ) ( ) 3 5 n d g
（5-9）
Po K Re x Fr y
（5-10）
Po / Fr y K Re x （5-11）
uT n d
• 以圆盘涡轮式为例，依据末梢速度范围划分的搅拌强度为：
uT =2.5～3.3m/s （低度搅拌）
uT =3.3～4.1m/s （中度搅拌）
uT =4.1～5.6m/s （高度搅拌）
四、搅拌器的液体循环量、压头及功率消耗
• 对于几何相似的叶轮，其排液量、叶轮直径与转速之间有如下关系：
带刮壁机构的导流筒
（二）搅拌装置中液体的流型 • 打漩现象消除后，槽内液体的流型（即流动型式）取决于叶轮的 型式。叶轮旋转时，带动槽内液体进行三维流动（径向、轴向、 周向）且具有随机性。
图5-6径向流型
图5-7 轴向流型
• 根据大致流型的不同，搅拌器可划分为： • 1、径向流型：平叶浆式、圆盘涡轮式、三叶后掠式等。 • 2、轴向流型：推进式及螺旋式（包括螺带式、螺杆式）。 • 3、周向流型：锚式、框式等。
lg Re
（5-20）
• φ 仍通过查取相应的功率曲线，α、β值可查表确定：
四、非均相物系搅拌功率的计算
• 前述搅拌功率计算方法是针对搅拌对象为均相液体而言的。然而，工业 上多数搅拌过程的搅拌对象为非均相系。非均相物系的搅拌功率计算相 比前者要复杂，为简化计算起见，通常将其视为均相系加以计算。 （一）不互溶液―液相的搅拌功率 • 对此类物系按均相液体搅拌功率的计算方法求解，但计算公式中的密度 和粘度需用两相的平均密度和平均粘度替代。 （二）气―液相的搅拌功率 • 由于气泡的存在，使液体的表观密度降低，因而通气搅拌功率Ng比均相 物系搅拌功率N要低。Ng/N的数值取决于通气系数Na的大小。 • 若通气速率为Qg，m3/s，则有
二、功率关联式
• 若假定液体混合搅拌器的搅拌槽尺寸和叶轮直径d成比例，则利用前述的结 论，应用因次分析法可得如下功率关联式：
N d 2 n x n 2 d y K( ) ( ) 3 5 n d g
（5-9）
Po K Re x Fr y
（5-10）
Po / Fr y K Re x （5-11）
uT n d
• 以圆盘涡轮式为例，依据末梢速度范围划分的搅拌强度为：
uT =2.5～3.3m/s （低度搅拌）
uT =3.3～4.1m/s （中度搅拌）
uT =4.1～5.6m/s （高度搅拌）
四、搅拌器的液体循环量、压头及功率消耗
• 对于几何相似的叶轮，其排液量、叶轮直径与转速之间有如下关系：
带刮壁机构的导流筒
（二）搅拌装置中液体的流型 • 打漩现象消除后，槽内液体的流型（即流动型式）取决于叶轮的 型式。叶轮旋转时，带动槽内液体进行三维流动（径向、轴向、 周向）且具有随机性。
图5-6径向流型
图5-7 轴向流型
• 根据大致流型的不同，搅拌器可划分为： • 1、径向流型：平叶浆式、圆盘涡轮式、三叶后掠式等。 • 2、轴向流型：推进式及螺旋式（包括螺带式、螺杆式）。 • 3、周向流型：锚式、框式等。
lg Re
（5-20）
• φ 仍通过查取相应的功率曲线，α、β值可查表确定：
四、非均相物系搅拌功率的计算
• 前述搅拌功率计算方法是针对搅拌对象为均相液体而言的。然而，工业 上多数搅拌过程的搅拌对象为非均相系。非均相物系的搅拌功率计算相 比前者要复杂，为简化计算起见，通常将其视为均相系加以计算。 （一）不互溶液―液相的搅拌功率 • 对此类物系按均相液体搅拌功率的计算方法求解，但计算公式中的密度 和粘度需用两相的平均密度和平均粘度替代。 （二）气―液相的搅拌功率 • 由于气泡的存在，使液体的表观密度降低，因而通气搅拌功率Ng比均相 物系搅拌功率N要低。Ng/N的数值取决于通气系数Na的大小。 • 若通气速率为Qg，m3/s，则有
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2）流体走短路——qv不足有死区 3）阻力不足——能量加不进、打滑
3.3.2强化湍动的工程措施
（2）工程措施 • 1）提高搅拌器的转速——提高流量qv,压头H • 2）阻止容器内液体的圆周运动 • ①在搅拌釜内装挡板——消除打旋，增加阻力 • ②破坏循环回路的对称性——偏心或偏心倾斜安装
3.3.2强化湍动的工程措施
3.1.2混合效果的度量
（3）宏观混合与微观混合
3.2 混合机理
3.2.1搅拌器的两个功能 （1）釜内的总体流动与大尺度的混合 ——将流
体送到搅拌器内各处，实现大尺度宏观混合。
旋桨式
涡轮式
3.2.1搅拌器的两个功能
（2）强剪切或高度湍动与小尺度的混合 产生旋涡，有利于小尺度宏观混合，促进微
观混合。 注意：流体不是靠叶轮的桨叶直接打碎的，
的液体中 3）使气体以气泡的形式分散于液体中 4）使固体颗粒在液体中悬浮 5）加强冷热流体之间的混合以及强化液体与器壁的
传热
3.1概述
（2）机械搅拌的装置
3.1.1搅拌器的类型
•按工作原理可分两大类：旋桨式和涡轮式
旋桨式
涡轮式
3.1.1搅拌器的类型
3.1.1搅拌器的类型
3.1.2混合效果的度量
• ③装导流筒——避免短路及死区
3.4搅拌功率
3.4.1搅拌器的混合效果与功率消耗
压头：搅拌器对单位重量流体所做之功即为压
头H 搅拌功率P： P=ρgqVH
选用合适的搅拌器是提高能量利用率的重要途 径。
3.4.2功率曲线
（1）影响因素
与搅拌器所需功率有关的因素很多，可分为几何因 素与物理因素两类：
P K n3d 5 K (ReM )
3.4.2功率曲线
（2）功率曲线
• 功率准数K与搅拌雷诺数ReM的关系实验结果为：
适用条件：几何相似
3. 4 . 3搅拌功率的分配
P
qV
H qV
当P
nd 3, H n2d 2
K n3d 5为一定值时
qV H
d n
qV
d
8
3或
qV
8
n 5
H
H
在等到功率条件下： 大直径，小转速——更多的功率消耗于总体流动，
有利于大尺度上的调匀
小直径，高转速——更多的功率消耗于湍动，有 利于微观混合
转速与直径可根据要求而正确地选择。
3.5搅拌器的放大
小试~中试~工业设计，逐级放大
（1）搅拌器的设计
• 设计中要解决: • 1）搅拌器的类型、搅拌釜的形状——看工艺过程特点 • 搅拌器的类型及搅拌釜形状是通过实验确定的。 • 2）几何尺寸、转速功率P ——看放大准则 • 几何相似放大——便于用同一根功率曲线
第3章 液体搅拌
3.1 概述 3.2 混合机理 3.3 搅拌器的性能 3.4 搅拌功率 3.5 搅拌器的放大 3.6 其他混合设备 ●本章以机械搅拌为主,着重讨论混合的机理、搅拌器的选 型、搅拌器所需功率和分配，搅拌器的放大等问题。
3.1概述
（1）搅拌的目的
1）加快互溶液体的混合 2）使一种液体以液滴形式均匀分散于另一种一互溶
1）几何因素： 搅拌器直径d 搅拌器叶片数、叶片形状、叶片长度l及叶片宽度B 容器直径D 容器中所装液体的高度h 搅拌器距离容器底部的距离h1 挡板的数目及宽度b
2）物理因素：液体密度ρ、粘度μ、搅拌器转速n
3.4.2功率曲线
对于特定的搅拌装置，通常以搅拌器的直径d不特征尺
寸，而把其他几何尺寸以无量纲的对比变量来表示。
对于一系列几何相似的搅拌装置，对比变量α1，α2， α3……都为常数，此时：
P f (, , n, d,1,2 )
P
n3d 5
( nd 2
, 1 , 2
)
功率特征数：K
P n3d
5
;搅拌雷诺数：ReM
nd 2
3.4.2功率曲线
对一系列几何相似的搅拌装置，有：
P ( nd 2 )
n3d 5
（1）旋桨式搅拌器
•qv大，H小，轴向流出 •叶片端速度5-15m/s •适于低粘度液体（μ<10Pa.s） •主要形成大循环量的总体流动， 但湍流程度不高。 •主要适用于大尺寸的调匀，尤 其适用于要求容器上下均匀的场 合。大循环量的总体流动冲向釜 底，也有利于固体颗粒的悬浮。
3.3.1几种常用搅拌器的性能
3.5搅拌器的放大
（2）搅拌器的放大准则
3.5搅拌器的放大
逐级放大试验的步骤： 在几个(一般为三个)几何相似大小不同的小型或中 型试验装置中，改变搅拌器转速进行试验，以获得 同样满意的混合效果。然后根据四个准则判定哪一 个放大准则较为适用，并据此放大准则外推求出大 型搅拌器的尺寸和转速。
3. 6其他混合设备
（2）涡轮式搅拌器
•qv小，H大,径向流出 •叶片端速度3-8m/s •适于低黏度或中等粘度 （ μ<50Pa.s）液体搅拌
（3）大叶片低转速搅拌器
•锚式、框式、螺带式 •端部速度0.5-1.5m/s •适于高粘度液体、颗粒悬浮液 •能防止器璧沉积现象
3.3.2强化湍动的工程措施
（1）不利因素
1）打旋 ——卷入空气，电机负荷不 稳定，液体溢出
（1）静态混合器
3. 6其他混合设备
（2）管道混合器
3. 6其他混合设备
（3）射流混合
而是由浆叶附近的高剪切力场撕碎。
3.2.2均相液体的混合机理
（1）低粘度液体的混合 总体流动+高度湍动 最小液团尺寸可达到10μm数量级 （2）高粘度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态下流动，混合机理主要依赖
于充分的总体流动
3.2.3非均相物系的混合机理
（1）液滴或气泡的分散
• 界面张力是抗力，σ大不易分散； • 稳定时，液滴破碎与合并达到动态平衡 • 液滴大小分布不均的原因： •A、液滴破碎和合并过程之间的抗衡 •B、叶片附近——剪切强度大、液滴小；边角处，剪 切强度小、液滴大
3.2.3非均相物系的混合机理
• 措施: • ①尽量使流体在设备内的湍动程度分布均匀 • ②在混合液中加入少量保护胶或表面活性剂，使液滴 难以合并。
（2）固体颗粒的分散 • 细颗粒——打散颗粒团聚体
• 粗颗粒——全部颗粒离底悬浮 • 操作转速应大于悬浮临界转速
3.3搅拌器的性能
3.3.1几种常用搅拌器的性能
（1）调匀度
CA0
VA VA VB
I
CA CA0
当CA
CA0
I
1 CA 1 CA0
当CA
CA0
平均调匀度I
1 nnIii源自13.1.2混合效果的度量
（2）分隔尺度
同一个混合状态的调匀度是随所取样品的尺寸而变的， 说明单凭调匀度不能反映混合物的状态。 分隔尺度：气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布。 对多项分散物系，分隔尺度是搅拌操作的重要指标。
3.3.2强化湍动的工程措施
（2）工程措施 • 1）提高搅拌器的转速——提高流量qv,压头H • 2）阻止容器内液体的圆周运动 • ①在搅拌釜内装挡板——消除打旋，增加阻力 • ②破坏循环回路的对称性——偏心或偏心倾斜安装
3.3.2强化湍动的工程措施
3.1.2混合效果的度量
（3）宏观混合与微观混合
3.2 混合机理
3.2.1搅拌器的两个功能 （1）釜内的总体流动与大尺度的混合 ——将流
体送到搅拌器内各处，实现大尺度宏观混合。
旋桨式
涡轮式
3.2.1搅拌器的两个功能
（2）强剪切或高度湍动与小尺度的混合 产生旋涡，有利于小尺度宏观混合，促进微
观混合。 注意：流体不是靠叶轮的桨叶直接打碎的，
的液体中 3）使气体以气泡的形式分散于液体中 4）使固体颗粒在液体中悬浮 5）加强冷热流体之间的混合以及强化液体与器壁的
传热
3.1概述
（2）机械搅拌的装置
3.1.1搅拌器的类型
•按工作原理可分两大类：旋桨式和涡轮式
旋桨式
涡轮式
3.1.1搅拌器的类型
3.1.1搅拌器的类型
3.1.2混合效果的度量
• ③装导流筒——避免短路及死区
3.4搅拌功率
3.4.1搅拌器的混合效果与功率消耗
压头：搅拌器对单位重量流体所做之功即为压
头H 搅拌功率P： P=ρgqVH
选用合适的搅拌器是提高能量利用率的重要途 径。
3.4.2功率曲线
（1）影响因素
与搅拌器所需功率有关的因素很多，可分为几何因 素与物理因素两类：
P K n3d 5 K (ReM )
3.4.2功率曲线
（2）功率曲线
• 功率准数K与搅拌雷诺数ReM的关系实验结果为：
适用条件：几何相似
3. 4 . 3搅拌功率的分配
P
qV
H qV
当P
nd 3, H n2d 2
K n3d 5为一定值时
qV H
d n
qV
d
8
3或
qV
8
n 5
H
H
在等到功率条件下： 大直径，小转速——更多的功率消耗于总体流动，
有利于大尺度上的调匀
小直径，高转速——更多的功率消耗于湍动，有 利于微观混合
转速与直径可根据要求而正确地选择。
3.5搅拌器的放大
小试~中试~工业设计，逐级放大
（1）搅拌器的设计
• 设计中要解决: • 1）搅拌器的类型、搅拌釜的形状——看工艺过程特点 • 搅拌器的类型及搅拌釜形状是通过实验确定的。 • 2）几何尺寸、转速功率P ——看放大准则 • 几何相似放大——便于用同一根功率曲线
第3章 液体搅拌
3.1 概述 3.2 混合机理 3.3 搅拌器的性能 3.4 搅拌功率 3.5 搅拌器的放大 3.6 其他混合设备 ●本章以机械搅拌为主,着重讨论混合的机理、搅拌器的选 型、搅拌器所需功率和分配，搅拌器的放大等问题。
3.1概述
（1）搅拌的目的
1）加快互溶液体的混合 2）使一种液体以液滴形式均匀分散于另一种一互溶
1）几何因素： 搅拌器直径d 搅拌器叶片数、叶片形状、叶片长度l及叶片宽度B 容器直径D 容器中所装液体的高度h 搅拌器距离容器底部的距离h1 挡板的数目及宽度b
2）物理因素：液体密度ρ、粘度μ、搅拌器转速n
3.4.2功率曲线
对于特定的搅拌装置，通常以搅拌器的直径d不特征尺
寸，而把其他几何尺寸以无量纲的对比变量来表示。
对于一系列几何相似的搅拌装置，对比变量α1，α2， α3……都为常数，此时：
P f (, , n, d,1,2 )
P
n3d 5
( nd 2
, 1 , 2
)
功率特征数：K
P n3d
5
;搅拌雷诺数：ReM
nd 2
3.4.2功率曲线
对一系列几何相似的搅拌装置，有：
P ( nd 2 )
n3d 5
（1）旋桨式搅拌器
•qv大，H小，轴向流出 •叶片端速度5-15m/s •适于低粘度液体（μ<10Pa.s） •主要形成大循环量的总体流动， 但湍流程度不高。 •主要适用于大尺寸的调匀，尤 其适用于要求容器上下均匀的场 合。大循环量的总体流动冲向釜 底，也有利于固体颗粒的悬浮。
3.3.1几种常用搅拌器的性能
3.5搅拌器的放大
（2）搅拌器的放大准则
3.5搅拌器的放大
逐级放大试验的步骤： 在几个(一般为三个)几何相似大小不同的小型或中 型试验装置中，改变搅拌器转速进行试验，以获得 同样满意的混合效果。然后根据四个准则判定哪一 个放大准则较为适用，并据此放大准则外推求出大 型搅拌器的尺寸和转速。
3. 6其他混合设备
（2）涡轮式搅拌器
•qv小，H大,径向流出 •叶片端速度3-8m/s •适于低黏度或中等粘度 （ μ<50Pa.s）液体搅拌
（3）大叶片低转速搅拌器
•锚式、框式、螺带式 •端部速度0.5-1.5m/s •适于高粘度液体、颗粒悬浮液 •能防止器璧沉积现象
3.3.2强化湍动的工程措施
（1）不利因素
1）打旋 ——卷入空气，电机负荷不 稳定，液体溢出
（1）静态混合器
3. 6其他混合设备
（2）管道混合器
3. 6其他混合设备
（3）射流混合
而是由浆叶附近的高剪切力场撕碎。
3.2.2均相液体的混合机理
（1）低粘度液体的混合 总体流动+高度湍动 最小液团尺寸可达到10μm数量级 （2）高粘度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态下流动，混合机理主要依赖
于充分的总体流动
3.2.3非均相物系的混合机理
（1）液滴或气泡的分散
• 界面张力是抗力，σ大不易分散； • 稳定时，液滴破碎与合并达到动态平衡 • 液滴大小分布不均的原因： •A、液滴破碎和合并过程之间的抗衡 •B、叶片附近——剪切强度大、液滴小；边角处，剪 切强度小、液滴大
3.2.3非均相物系的混合机理
• 措施: • ①尽量使流体在设备内的湍动程度分布均匀 • ②在混合液中加入少量保护胶或表面活性剂，使液滴 难以合并。
（2）固体颗粒的分散 • 细颗粒——打散颗粒团聚体
• 粗颗粒——全部颗粒离底悬浮 • 操作转速应大于悬浮临界转速
3.3搅拌器的性能
3.3.1几种常用搅拌器的性能
（1）调匀度
CA0
VA VA VB
I
CA CA0
当CA
CA0
I
1 CA 1 CA0
当CA
CA0
平均调匀度I
1 nnIii源自13.1.2混合效果的度量
（2）分隔尺度
同一个混合状态的调匀度是随所取样品的尺寸而变的， 说明单凭调匀度不能反映混合物的状态。 分隔尺度：气泡、液滴和固体颗粒的大小和直径分布。 对多项分散物系，分隔尺度是搅拌操作的重要指标。