聚合反應(yīng)工程課件_12

1、第五節(jié)第五節(jié) 非牛頓流體流變性的測(cè)量非牛頓流體流變性的測(cè)量 研究牛頓流體的流變性能，主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定流動(dòng)曲線，流變性能的測(cè)定借助于粘度計(jì)或流變儀。 牛頓流體由于/為常數(shù)，測(cè)定一點(diǎn)即可以算出黏度。非牛頓流體，由于表觀粘度a 隨著剪切應(yīng)力或者剪切速率而變化，必須測(cè)一系列的或者數(shù)據(jù)，才能得到流動(dòng)曲線。 常用的流變測(cè)定儀有：落球粘度計(jì)、錐板粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)圓筒粘度計(jì)及毛細(xì)管擠出粘度計(jì)等。1、落球粘度計(jì)vStgdss)(18295. 009. 2104. 21 53DdDdDdstks)(0dv3剪切速率小球下降速率2、旋轉(zhuǎn)錐板粘度計(jì)r0rr0rdr圓板上距圓板中心距離為r該點(diǎn)的線速度：rV 在該點(diǎn)的試樣厚

2、度：rrtan在該點(diǎn)的剪切速率：rr3023rM30302323rMrM3、旋轉(zhuǎn)圓筒粘度計(jì)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)示意圖4、毛細(xì)管擠出粘度計(jì)毛細(xì)管擠出粘度計(jì)示意圖2022年6月14日星期二第五章第五章 攪拌聚合釜內(nèi)流體的流動(dòng)與混合攪拌聚合釜內(nèi)流體的流動(dòng)與混合2022年6月14日星期二機(jī)械攪拌式機(jī)械攪拌式反應(yīng)器反應(yīng)器第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述2022年6月14日星期二接管等）（支座、人孔、手孔、其它結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置密封裝置攪拌器攪拌軸攪拌機(jī)內(nèi)構(gòu)件換熱元件筒體攪拌容器總體結(jié)構(gòu)2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二攪拌器的主要用途：攪拌器的主要用途： 1）混合：混合：使兩種或多種互溶或不互溶液體技工藝要求

3、 混合均勻，如溶液、懸浮液、乳化等的配制。 2）攪拌：攪拌：使物料強(qiáng)烈地流動(dòng)，以提高傳熱、傳質(zhì)速率 3）懸浮懸浮：使小固體顆粒在液體中均勻懸浮、防止沉降等。以達(dá)到加速溶解、 4）分散：分散：則使氣體、液體在流體中充分分散成細(xì)小的氣泡或液滴，增加接觸面，促進(jìn)傳質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)，并滿足聚合物對(duì)粒度的要求。 2022年6月14日星期二 攪拌反應(yīng)器應(yīng)具有的要求：攪拌反應(yīng)器應(yīng)具有的要求： (1)推動(dòng)液體流動(dòng)，混勻物料； (2)產(chǎn)生剪切力，分散物料，并使之懸浮； (3)增加流體的湍動(dòng)，以提高傳熱速率； (4)在高粘體系，可以更新表面，促使低分子物排除； (5)加速物料的分散和合并，增大物質(zhì)的傳遞速率。2022

4、年6月14日星期二高粘度體系高粘度體系 由于體系的粘度很大，攪拌轉(zhuǎn)速低，物料處于層流狀態(tài)，不可能有明顯的局部剪切作用。控制因素是容積循環(huán)速率及低轉(zhuǎn)速。 由于體系的粘度大，靠單一的徑向流和軸向流動(dòng)已不能適應(yīng)混合的需要，此時(shí)需要有較大的面積推動(dòng)力。隨著粘度的增大可依次選用下列攪拌器。 推進(jìn)式、錨式、螺桿、螺帶、特殊型高粘度攪拌器。 2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 a-錨式錨式 bc-框式框式 d-螺帶式螺帶式2022年6月14日星期二第二節(jié)第二節(jié) 攪拌釜內(nèi)流體的流動(dòng)狀況攪拌釜內(nèi)流體的流動(dòng)狀況 流體的流動(dòng)狀況，簡(jiǎn)稱流況，可以定義為“在整個(gè)攪拌容器中流體速度向量的方向”。 在攪拌

5、釜中流體的流況可以分為兩個(gè)層次：宏觀狀況與微觀狀況，它們對(duì)攪拌效果起著不同的作用。 2022年6月14日星期二 宏觀狀況流動(dòng)也稱為宏觀流動(dòng)，而微觀狀況流動(dòng)則稱為微觀流動(dòng)。 宏觀流動(dòng)宏觀流動(dòng)是指流體以大尺寸(凝集流體、氣泡、液滴)在大范圍(整個(gè)釜內(nèi)空間)流動(dòng)狀況，所以也稱循環(huán)流動(dòng)。 循環(huán)流動(dòng)存在三種典型的流況，徑向流動(dòng)、軸向流動(dòng)、切線流動(dòng)。2022年6月14日星期二攪拌器的流型攪拌器的流型軸向流軸向流液體軸向流入，軸向流出液體軸向流入，軸向流出 特點(diǎn)：攪拌器葉片與旋轉(zhuǎn)平面夾角小于特點(diǎn)：攪拌器葉片與旋轉(zhuǎn)平面夾角小于90 如：折葉槳、推進(jìn)式攪拌器如：折葉槳、推進(jìn)式攪拌器徑向流徑向流液體軸向流入，徑向

6、流出液體軸向流入，徑向流出 特點(diǎn)：攪拌器葉片與旋轉(zhuǎn)平面夾角等于特點(diǎn)：攪拌器葉片與旋轉(zhuǎn)平面夾角等于90 如：平槳攪拌器如：平槳攪拌器切向流切向流物料粘度較低而攪拌器旋轉(zhuǎn)速度較高時(shí)，液物料粘度較低而攪拌器旋轉(zhuǎn)速度較高時(shí)，液體圍繞攪拌軸體圍繞攪拌軸 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域稱為發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域稱為“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”為消除圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)，通常在釜內(nèi)設(shè)置擋板。為消除圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)，通常在釜內(nèi)設(shè)置擋板。2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 微觀流動(dòng)微觀流動(dòng)是指流體以小尺寸(小氣泡、液滴分散成更小的液滴)在小范圍(氣泡、液滴大小的空間)中的湍動(dòng)狀況。 微觀流動(dòng)微觀流

7、動(dòng)是由于攪拌槳的剪切作用而引起的局部混合作用，它促使氣泡、液滴的細(xì)微化最后由于分子擴(kuò)散達(dá)到微觀混合。微觀流動(dòng)的作用微觀流動(dòng)的作用促使局部混合及異相表面更新，對(duì)促進(jìn)傳熱、傳質(zhì)、分散微粒也有利。微觀流動(dòng)也稱剪切流動(dòng)，它促使液體它促使液體細(xì)微化達(dá)到分散作用細(xì)微化達(dá)到分散作用。在攪拌槳葉葉端附近在攪拌槳葉葉端附近及擋板處擋板處是微觀流動(dòng)作用最強(qiáng)烈處。 2022年6月14日星期二 攪拌雷諾數(shù)與流態(tài)攪拌雷諾數(shù)與流態(tài) 在攪拌釜內(nèi)，常以槳葉的端速ND作為定性速度，所以攪拌雷諾數(shù)定義為： (其中N為攪拌器轉(zhuǎn)速；D為漿的直徑；為流體黏度；為流涕的密度)攪拌雷諾數(shù)不僅決定攪拌釜內(nèi)流體流動(dòng)的流態(tài)(層流、過(guò)渡流、湍流)

8、，而且對(duì)攪拌器的特性和行為也有決定性作用。 2022年6月14日星期二攪拌釜內(nèi)液流的流態(tài)，動(dòng)力學(xué)循環(huán)和混合特性曲線2022年6月14日星期二 A區(qū)間(NRe10) 液體僅在槳葉附近呈滯流旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，槳葉無(wú)液體吐出，釜內(nèi)的其余部分為液體停滯區(qū)(即死角)。 B區(qū)間(NRel0) 當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)數(shù)十時(shí)，自槳葉端開(kāi)始有吐出流產(chǎn)生，并引起整個(gè)釜內(nèi)流體的上下循環(huán)流動(dòng)(可能尚存在四周死角)，此時(shí)處于層流。 C區(qū)間(NRe l001000) 此時(shí)處于過(guò)渡流態(tài)，即在槳葉周?chē)后w為湍流狀態(tài)，上下循環(huán)流動(dòng)為滯流，隨雷諾數(shù)增大，其湍動(dòng)程度增大。 D區(qū)間(NRe1000) 整個(gè)釜內(nèi)的上下循環(huán)流動(dòng)都處于湍流狀態(tài)。 無(wú)擋板時(shí)會(huì)引

9、起旋渦, 有擋板時(shí)整釜會(huì)處于湍流狀態(tài)。 當(dāng)槳葉直徑D與釜徑T之比DT0.1時(shí)，釜內(nèi)流體雖為湍流狀態(tài)，但上下循環(huán)流不會(huì)遍及整個(gè)釜內(nèi)，易出現(xiàn)死角。 2022年6月14日星期二 攪拌槳葉的動(dòng)力特性、循環(huán)特性、混合特性，分別用無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)表示。2022年6月14日星期二 擋板與導(dǎo)流筒擋板與導(dǎo)流筒 1擋板擋板 當(dāng)流體粘度不大，攪拌轉(zhuǎn)速較高，而且槳葉放在釜的中心線時(shí)，液體將隨著槳葉旋轉(zhuǎn)的方向循著釜壁滑動(dòng)，釜內(nèi)液體在離心力作用下涌向釜壁，使液面沿襲壁上升，中心部分的液面下降，形成一個(gè)漩渦，通常稱打漩現(xiàn)象打漩現(xiàn)象。2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 打漩現(xiàn)象消除措施打漩現(xiàn)象消除措施： a. 攪

10、拌軸偏心安裝時(shí)，能減弱游渦，提 高軸向循環(huán)速率; b. 在釜內(nèi)安裝擋板可有效的消除游渦2022年6月14日星期二 擋板 擋板的作用是避免旋 渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體 的湍流程度，將切向流動(dòng) 變?yōu)檩S向和徑向流動(dòng)，強(qiáng) 化反應(yīng)器內(nèi)液體的對(duì)流和 擴(kuò)散，改善攪拌效果。 攪拌反應(yīng)器的擋板結(jié)構(gòu)攪拌反應(yīng)器的擋板結(jié)構(gòu)2022年6月14日星期二可有效地防止粘滯液體在擋板處形成死角，以防止固體顆粒的堆積。 在高粘度物料中使用槳式攪拌器時(shí)，可安裝橫擋板以增加摻合作用，擋板寬度可與攪拌葉同寬。2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 2導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒 設(shè)置導(dǎo)流筒，既可提高釜內(nèi)流體的攪拌程度，加強(qiáng)槳葉對(duì)流體的直接剪切作用，同時(shí)又造成一定的循環(huán)流型，使釜內(nèi)所有物料均可通過(guò)導(dǎo)流筒內(nèi)的強(qiáng)烈混合區(qū)，提高混合效率。另外由于限定了循環(huán)路徑，減少了短路機(jī)會(huì)。 2022年6月14日星期二2022年6月14日星期二 導(dǎo)流筒的作用導(dǎo)流筒的作用 導(dǎo)流筒作用導(dǎo)流筒作用-提高混合效率提高混合效率 一方面提高了對(duì)液體的攪拌程度，加強(qiáng)了攪拌器對(duì)液一方面提高了對(duì)液體的攪拌程度，加強(qiáng)了攪拌器對(duì)液體的直接機(jī)械剪切作用；另一方面由于限定了液體的循環(huán)體的直接機(jī)械剪切作用；另一方面由于限定了液體的循環(huán)路徑，確立了充分循環(huán)的流型，使器內(nèi)所有物料