第四章 液体搅拌.ppt

搅拌目的 使物料混和均匀,强化传热和传质。 包括均相液体混合；液-液分散；气-液分散；固-液分散；结晶；固体溶解；强化传热等 搅拌液体的流动模型 液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的“流动模型”，简称“流型”。 (a)轴向流 (b)径向流 (c)切线流 打漩现象 按混合尺度的大小混合可分为两种类型：宏观混合：设备尺度上的混合微观混合：物料微团尺度上的混合 混合的机理 总体流动：搅拌器旋转时使釜内液体产生一定途径的循环流动 设备尺度上的宏观均匀 高速旋转的旋涡与液体微团产生相对运动和剪切力 更小尺度上的均匀 分子扩散 微团最终消失 微观均匀 搅拌器强化的措施 加设导流筒 常用搅拌器的型式、结构和特点 在制药工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，典型的机械搅拌装置包括 1、搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 2、辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。 一、旋桨式搅拌器 旋桨式搅拌器实质上是一种没有外壳的轴流泵，其结构简单、安装容易、叶轮的直径比桨式搅拌器小，转速高，叶片端部的圆周速度一般为5～15m／s，最高速度可达25m／s左右。 液体在高速旋转的叶轮作用下作轴向和径向运动，当液体离开旋桨后作螺旋线运动。由于轴向分速度的作用，液体沿轴向下流动，当流至槽底时再沿槽壁折回、返入旋桨入口，形成一种循环总体流动，另一方面，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。搅拌器内的圆周运动对混合是不利的，这种圆周运动使槽内中心处液面下凹，减少了搅拌槽内的有效容积，下凹严重时桨叶的中心将会吸入空气，破坏搅拌操作。若液体中含有固体颗粒时，圆周运动还会将颗粒甩向槽壁，并沉积到搅拌槽底部，起着与混合相反的作用，故应设法抑制搅拌槽内的圆周运动。 由于旋桨式搅拌器具有循环量大、压头低的特点，因此对搅拌低粘度的大量液体具有良好的效果，适用于以宏观均匀的场合，如互溶液体的混合、搅拌槽的传热等。 二、涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器实质上是一个不带泵壳的离心泵。涡轮式搅拌器的直径一般为搅拌槽直径的1/3～1/2，转速较高，叶片端部的圆周速度通常为3～8m／s。 在涡轮搅拌器中，液体能有效地产生径向运动，同时还产生切向运动。出口液体的切向分速度，使搅拌槽内的液体产生有害的圆周运动，对于这种圆周运动同样应设法加以抑制。出口液体的径向分速度，使液体流向壁面，再分为上、下两路返回搅拌器，形成总体流动，如4-5所示。这种搅拌器所造成的总体流动的回路要比旋桨式的曲折，由于出口速度较高桨叶端部附近造成剧烈的旋涡运动和较高的剪切力，产生高度湍动。因此，适合于处理低粘度和中等粘度液体，对不互溶液体的混合、固体的溶解及固体在液体中的悬浮等都具有很好的效果。但对易分层的物料，如含有较重颗粒的悬浮液，则不很合适。 三、低转速大叶片搅拌器 旋桨式搅拌器和涡轮式搅拌器系属小直径高转速类型，只适用于搅拌粘度不太高的液体。对于高粘度液体的搅拌，需采用低转速大叶片的搅拌器，如桨式、锚式、框式和螺带式等。 对于粘度较大的液体，可采用桨式搅拌器。这种搅拌器的旋转直径约为搅拌槽直径的1/2～4/5，叶片端部的圆周速度为l.5—3.0m／s，其径向搅拌范围大而轴向流动范围小。当槽内液位较高时，可使用同一轴装有几个桨式搅拌器或用桨式与折叶桨式组合的方法。 当粘度更大时，把桨式搅拌器改变成锚式或框式，其形状与槽底部相似，旋转半径很大，与槽的内径基本相等，间隙很小，转速很低，叶片端部的圆周速度为0.5—1.5m／s。这种搅拌器的剪切作用很小，搅拌范围很大，无死区，适用于较高粘度液体的搅拌。但锚式和框式搅拌器基本上无轴向流动，搅拌槽内的轴向混合较差。 对于高粘度液体的搅拌，使用螺带式搅拌器。这种搅拌器在旋转时能产生液体的轴向流动，其混合效果较好。 搅拌附件 搅拌附件通常指在搅拌罐内为了改善流动状态而增设的零件，如挡板、导流筒等。 1、挡板：目的是为了消除切线流和“打漩”。一般为2-4块，且对于低速搅拌高粘度液体的锚式和框式搅拌器安装挡板无意义。 2、导流筒：目的是控制流型（加强轴向流）及提高混合效果。不同型式的搅拌器的导流筒安置方位不同。 搅拌器的选型 主要根据物料性质、搅拌目的及各种搅拌器的性能特征来进行。 按物料粘度选型 对于低粘度液体，应选用小直径、高转速搅拌器； 对于高粘度液体，就选用大直径、低转速搅拌器。 各种搅拌器的使用顺序为：桨式变型、桨式、涡轮式、旋桨式等。