流體力學(xué)學(xué)習(xí)總結(jié)(攪拌)教學(xué)課件

流體力學(xué)學(xué)習(xí)總結(jié)資料1流體力學(xué)學(xué)習(xí)總結(jié)資料1第1章流體力學(xué)基礎(chǔ)知識第2章流體粘性第3章流體運(yùn)動第4章流體攪拌4-2攪拌功率計算4-3攪拌器的流動特性及轉(zhuǎn)速確定4-1攪拌反應(yīng)器的選用2第1章流體力學(xué)基礎(chǔ)知識第2章流體粘性第3章流體運(yùn)場論

張量梯度散度旋度壓縮性易流動性粘性質(zhì)量力表面力（壓強(qiáng)剪切力）運(yùn)動粘度

動力粘度

粘溫關(guān)系流體類型

牛頓流體非牛頓流體擬（假）塑性流體流體運(yùn)動描述-拉格朗日法/歐拉法流量流速流線跡線流面流管流束

層流湍流雷諾準(zhǔn)數(shù)伯努利方程式

攪拌器類型軸向流徑向流切向流打旋擋板導(dǎo)流筒…………場論

張量梯度散度旋度壓縮性易流動性粘性質(zhì)量力表面力（壓強(qiáng)剪切力）運(yùn)動粘度動力粘度

粘溫關(guān)系流體類型

牛頓流體非牛頓流體擬（假）塑性流體流體運(yùn)動描述-拉格朗日法/歐拉法流量流速流線跡線流面流管流束層流湍流雷諾準(zhǔn)數(shù)伯努利方程式

攪拌器類型軸向流徑向流切向流打旋擋板導(dǎo)流筒…………3場論張量梯度散度旋度壓縮性易流動性粘性質(zhì)量力4-1攪拌反應(yīng)器的選用攪拌反應(yīng)器作用：1）推動液體流動，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，提高傳熱效率4）加速物料的分散與合并，增大物質(zhì)的傳遞速率……攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體流動狀況：宏觀流動：指流體以大尺寸（凝集流體、氣泡、液滴）在大范圍（整個釜內(nèi)空間）中的流動狀況，也稱循環(huán)流動（軸向、切向、徑向）微觀流動：指流體以小尺寸（小氣泡、液滴分散成小微滴）在小范圍（氣泡、液滴大小空間）中湍流狀況，微觀流動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、液滴細(xì)微化，最后由于分子擴(kuò)散達(dá)到微觀混合。44-1攪拌反應(yīng)器的選用4槳式攪拌器：槳葉構(gòu)形為平槳、斜槳、錨形槳或框形槳；平槳轉(zhuǎn)動時主要是水平液流，攪拌不激烈；斜槳除水平液流外，還有向上或向下的垂直液流，攪拌較激烈；對于高黏度液體攪拌，一般把形狀做成錨式或框式，與釜壁間隙小，轉(zhuǎn)速低，剪切作用小，但是攪拌范圍大，不易產(chǎn)生死區(qū)，特別是必須通過釜壁傳熱時，可以利用槳葉刮掃來防止攪拌器與釜壁間產(chǎn)生滯流層，促進(jìn)傳熱。粘度高于103Pa.s時，由于功率消耗太大，不宜采用。不同類型攪拌器特點：推進(jìn)式攪拌器：攪拌時，流體的由槳葉上方吸入，而由下方以圓筒狀螺旋形排出，即驅(qū)使流體向下流動，軸向分速度使液體沿軸向流動，待流至釜底再沿壁折回至螺旋槳上方，形成軸向循環(huán)流動，同時也存在部分徑向運(yùn)動。適用于液體黏度低，液量大的液體攪拌，利用較小的攪拌功率通過高速轉(zhuǎn)動的槳葉獲得良好的攪拌效果。由于其剪切作用不大，循環(huán)性能好，屬于循環(huán)型攪拌器，與平槳合用，可增加剪切作用。5槳式攪拌器：不同類型攪拌器特點：推進(jìn)式攪拌器：5渦輪式攪拌器：又稱透平攪拌器，有開式和閉式兩類。根據(jù)槳葉形狀，有平直葉片、彎曲葉片、傾斜葉片等。從流動情況分析，物料被抽吸后，在離心力作用下，液體作切向和徑向流動，并以很高的絕對速度從出口沖出。出口液體的徑向分速度使液體流向壁面，然后分成上、下兩路回流入攪拌槳葉，形成徑向流況的循環(huán)流動，徑向流動方向主要與釜壁和轉(zhuǎn)軸垂直，并在釜壁和轉(zhuǎn)軸附件折轉(zhuǎn)而向上、下垂直流動，此時既有垂直液流，又有徑向液流，使液體有良好的從頂?shù)降椎姆D(zhuǎn)運(yùn)動而有利于液體混合。渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可以使液體微團(tuán)分散的很細(xì)，適用于低黏度到中等黏度液體的混合、液-液分散、液-固懸浮及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)平直葉片剪切作用較大，彎葉是指葉片朝著流動方向彎曲，可以降低功率消耗，，但是其剪切作用沒有直葉的好，適用于含有易碎固體顆粒的液體攪拌。斜槳的排液能力不如其他渦輪大，但由于旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的軸向流動分量，有助于固體顆粒的懸浮。6渦輪式攪拌器：6螺桿及螺帶式攪拌器：當(dāng)攪拌粘度大于10Pa.s的液體時，不宜采用槳式、渦輪式、推進(jìn)式攪拌器，此時攪拌功率消耗明顯增大，可用螺桿和螺帶式攪拌器。螺桿攪拌器又稱螺軸式攪拌器，通常將螺桿槳置于釜中心，釜內(nèi)設(shè)置離壁擋板或?qū)Я魍?，提高釜?nèi)液體的攪拌強(qiáng)度并造成一定的循環(huán)流行，提高混合效率。螺帶攪拌器適用于黏度極高的場合（如達(dá)103Pa.s）。螺桿/螺帶式攪拌器旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)螺帶迫使液體向下運(yùn)動，外螺帶則迫使液體由下向上的運(yùn)動，從而可使液體充分混合，不致產(chǎn)生停滯區(qū)。外螺帶還可以與釜內(nèi)壁很好地吻合，直接刮掃釜壁上的液體，有利于夾套式攪拌釜的傳熱。7螺桿及螺帶式攪拌器：71、均相液體混合：主要控制因素是容積循環(huán)速率槳式攪拌器因結(jié)構(gòu)簡單可優(yōu)先考慮，但其混合效率稍差，如果要求快速混合，可選用推進(jìn)式或渦輪式，湍流操作時，一般加擋板為宜。按工藝過程操作類別選用攪拌器的原則：2、非均相液體混合：主要控制因素是液滴大?。ǚ稚⒍龋┘叭莘e循環(huán)速率為保證液體能分散成細(xì)滴，要求攪拌器有較大的剪切力；為保證液滴在釜內(nèi)均勻地分散，要求有較大的容積循環(huán)速率；渦輪式槳葉具有較大局部剪切作用和容積循環(huán)效率，對此類操作效果較好。其中以開式平直葉渦輪剪切作用最大，其液滴分散度最大。當(dāng)分散黏度較大液體時，考慮用彎葉渦輪，以減少動力消耗。3、固體懸?。罕ＷC顆粒均勻和不沉降主要因素是容積循環(huán)速率及湍流強(qiáng)度根據(jù)顆粒性質(zhì)及固含量選用攪拌器，當(dāng)固體粒子較大，固液密度差較大，固/液比＜30%，通常選用開式渦輪；粒子較小，固液密度差較小，固/液比60%~90%時，常選用平槳；推進(jìn)式適用于固液密度差小，固/液比＜50%時的攪拌。81、均相液體混合：主要控制因素是容積循環(huán)速率按工藝過程操作類4、氣體吸收及氣液相反應(yīng)：保證氣體進(jìn)入液體后被打散，進(jìn)而能分散成更小氣泡并均勻分散，故控制因素是局部剪切作用、容積循環(huán)速率及高轉(zhuǎn)速

這類操作以圓盤式渦輪最理想，特別是在湍流區(qū)操作時，使用圓盤式渦輪可以防止氣體由噴氣圈進(jìn)入后，從攪拌槳葉中央固體旋轉(zhuǎn)部處走短路，降低吸收效果。5、高黏度體系：由于體系黏度很大，攪拌轉(zhuǎn)速低，物料處于層流狀態(tài)，不可能有明顯地局部剪切作用，控制因素是容積循環(huán)速率及低轉(zhuǎn)速由于體系黏度很大，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。體系黏度大，靠單一徑向流和軸向流已不能適應(yīng)混合的需要，此時需要有較大的面積推動力，隨著黏度增大可依次選用：透平、錨式、框式、螺桿、螺帶、特殊型高粘度攪拌器。聚合后期的高粘度操作：①變速攪拌裝置，以適應(yīng)不同階段的攪拌要求②多釜串聯(lián)，每釜按不同黏度設(shè)置合適的攪拌器及操作條件攪拌雷諾數(shù)不夠時，就可能出現(xiàn)在近釜壁處的液體處于停滯狀態(tài)，降低攪拌效果，如果是釜壁液體流動所需要的最低雷諾數(shù)較小，表明該攪拌槳葉的攪拌效果好94、氣體吸收及氣液相反應(yīng)：保證氣體進(jìn)入液體后被打散，進(jìn)而能分?jǐn)嚢杵鬟x型表攪拌器適用液體范圍總之，攪拌器選用遠(yuǎn)非理論上可以加以推定，大量是依靠實踐與經(jīng)驗的總結(jié)?。?！10攪拌器選型表攪拌器適用液體范圍總之，攪拌器選用遠(yuǎn)非理論上可以4-2攪拌功率計算攪拌器功率計算的用途：1）、衡量攪拌強(qiáng)度的主要物理量2）、攪拌器機(jī)械設(shè)計的基本依據(jù)3）、電機(jī)選用的重要依據(jù)

攪拌系統(tǒng)中，幾何因素（釜徑、槳葉寬度、擋板尺寸、液深）與槳葉直徑成正比，故影響攪拌功率的幾何因素可以歸結(jié)為攪拌器直徑的影響；攪拌功率與各影響因素間的函數(shù)關(guān)系式為：P=f(N,d,ρ,μ,g)式中P為攪拌功率,W；N為葉輪轉(zhuǎn)速，r/s；D為葉輪直徑，m；ρ為液體密度，kg/m3；μ為液體粘度，Pa·s；g為重力加速度，9.81m/s2。A、均相液體的攪拌功率：114-2攪拌功率計算攪拌器功率計算的用途：攪攪拌功率的因次分析推導(dǎo)：12攪拌功率的因次分析推導(dǎo)：12Np為功率準(zhǔn)數(shù)，是反應(yīng)攪拌功率的準(zhǔn)數(shù)；NRe為攪拌雷諾數(shù)，是反映物料流動狀況對攪拌功率影響的準(zhǔn)數(shù)；NFr為弗勞德數(shù)，即流體的慣性力與重力之比，是反映重力對攪拌功率影響的準(zhǔn)數(shù)。K為系統(tǒng)的總形狀系數(shù)，反映系統(tǒng)的幾何構(gòu)型對攪拌功率的影響；p,q為指數(shù)，其值與物料流動狀況及攪拌器型式和尺寸等因素有關(guān)。13Np為功率準(zhǔn)數(shù)，是反應(yīng)攪拌功率的準(zhǔn)數(shù)；131414（1）層流區(qū)：攪拌時釜內(nèi)物料不會發(fā)生打旋現(xiàn)象，則重力對攪拌功率的影響可忽略，此時q=0，此時φ=Np；此時直線斜率近似-1，p=-1代入得：

則P=????N3D5

或

P=??1??N2D3

（K1為與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)常數(shù)）不同攪拌器K1、K2值(換表)15（1）層流區(qū)：攪拌時釜內(nèi)物料不會發(fā)生打旋現(xiàn)象，則重力對攪拌功（2）過渡區(qū)：符合全擋板條件時，可不考慮打旋現(xiàn)象的影響，按照（1）中層流區(qū)公式計算攪拌功率；若NRe>300且釜內(nèi)未設(shè)置擋板，則重力影響不能忽略。

式中α，β為攪拌器型式和尺寸有關(guān)的的常數(shù)（3）湍流區(qū)：釜內(nèi)未設(shè)置擋板，物料會發(fā)生打旋現(xiàn)象，按照（2）中公式計算功率；若設(shè)置擋板，物料不發(fā)生打旋現(xiàn)象，故重力影響可以忽略；此時Φ值幾乎與NRe無關(guān)，即Φ為常數(shù)，從而有：攪拌器的α和β值（換表）

P=K2ρN3D5式中K2為與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的常數(shù)16（2）過渡區(qū)：

式中α，β為攪拌器型式和尺寸有關(guān)的的常數(shù)（3全擋板的概念：擋板數(shù)增加，動力消耗也增加。當(dāng)擋板數(shù)增加到一定程度時，攪動功率P增加到最大值，此時這種條件稱為“全擋板條件”。通常以擋板系數(shù)KB來表征擋板程度。式中，Bw為擋板寬度，T為釜徑，nB

為擋板塊數(shù)。當(dāng)KB=0.35時，稱為全擋板條件，當(dāng)KB=0時，為無擋板條件；在0~0.35之間時稱為部分擋板條件。通常釜內(nèi)安裝4塊Bw/T=0.1的擋板可近似看做全擋板條件處理。通常用KBF、KB、KBN分別為全擋板，部分擋板以及無擋板時的擋板系數(shù)。17全擋板的概念：擋板數(shù)增加，動力消耗也增加。當(dāng)擋板數(shù)增加到一定B、非均相液體的攪拌功率關(guān)鍵是求出平均密度、平均黏度?。。?/p>

18B、非均相液體的攪拌功率關(guān)鍵是求出平均密度、平均黏度！??！

②氣-液非均相攪拌（經(jīng)驗式(Calderbank的研究結(jié)果)）通氣時的攪拌功率可用下式計算:式中Ng為通氣時的攪拌功率，W；N為不通氣時的攪拌功率，W；Q為操作狀態(tài)下的通氣量，m3/s，n為葉輪轉(zhuǎn)速，r/s,d為葉輪直徑，m。19

②氣-液非均相攪拌（經(jīng)驗式(Calderbank的研究結(jié)果C、非牛頓液體的攪拌功率假塑性流體→粘度可變問題：難于確定釜內(nèi)流體的粘度和計算攪拌功率解決：計算NRe時表觀粘度μa代替粘度對象：非牛頓流體的攪拌功率的研究絕大多數(shù)是以層流為研究對象20C、非牛頓液體的攪拌功率假塑性流體→粘度可變20非牛頓型液體的表觀黏度可用下式計算:式中μa為非牛頓型液體表觀黏度，Pa·s；K為稠度系數(shù)，取決于流體的溫度和壓力；m為流變指數(shù)，反映與牛頓型流體的差異程度。對于牛頓型流體，m=1；B為與攪拌器結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，其中K值，m，

及B參考下表。21非牛頓型液體的表觀黏度可用下式計算:21一、攪拌器的循環(huán)特性（qd、Nqd、Nqc、Nc、tc

）排出流量qd（泵送能力）：單位時間內(nèi)從槳葉排出的流量排出流量qd與該液體離開槳葉的平均速度和槳葉掃過的面積的乘積有關(guān)。qd

∝ūAA∝D2，ū∝πND所以：qd

∝πND3即：qd=NqdND3Nqd=qd/ND3

Nqd稱為排出流量數(shù)或泵送準(zhǔn)數(shù)，反映了攪拌的劇烈程度，是攪拌雷諾數(shù)NRe的函數(shù)4-3攪拌器的流動特性及轉(zhuǎn)速的確定22一、攪拌器的循環(huán)特性（qd、Nqd、Nqc、Nc、tc）42323qc=qd+qi

qc稱為循環(huán)流（參與循環(huán)流動的所有液體的體積流量）；qi稱為同伴流（或稱為誘導(dǎo)流）層流時，qc=qd湍流時，qc＞qdNqc=qc/ND3Nqc—循環(huán)流量數(shù)影響Nqd和Nqc的主要因素是雷諾數(shù)和槳葉特性用循環(huán)次數(shù)Nc或循環(huán)時間tc表征攪拌器循環(huán)特性Nc=qc/V=NqcND3/Vtc=1/NcNc–循環(huán)次數(shù)，tc—循環(huán)時間V---器內(nèi)流體體積Nc是很重要的攪拌參數(shù)，常用來判別攪拌的劇烈程度24qc=qd+qiqc稱為循環(huán)流（參與循環(huán)流動的所有液體的普通攪拌

Nc=3-5次/分強(qiáng)烈攪拌

Nc=5-10次/分Np/Nqd=1~2時，為循環(huán)性攪拌器Np/Nqd＞3時，為剪切型攪拌器二、攪拌轉(zhuǎn)速的確定攪拌的“尺度”和“難度”，攪拌強(qiáng)烈程度的級別尺度：指攪拌體系中物料量的大小，流體體積VR，即VR=(πT2/4)H

T—釜直徑

H—液位高度難度：達(dá)到攪拌效果所需要克服的阻力，即混合液體的粘度差和密度差；懸浮粒子的沉降速度例如需要混合兩種物料的密度差和黏度差，需要保持懸浮粒子的沉降速率等25普通攪拌Nc=3-5次/分251、混合和攪動類型的攪拌轉(zhuǎn)速的確定法攪拌級別（攪拌的強(qiáng)烈程度），下表列出10個攪拌級別由表得總體流速（平均流速）：ū→qd→Nqd-NRe

→N按照互混液體的密度差及粘度差的大小，可把混合與攪動過程的激烈程度劃分為三檔10級：（不同攪拌級別的攪拌效果）261、混合和攪動類型的攪拌轉(zhuǎn)速的確定法按照互混液體的密度差及粘確定轉(zhuǎn)速的設(shè)計步驟：①、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)確定攪拌釜的容積和釜徑T，液層深度Z。V=VR/φ=v0t(1+δ)/mφV--釜的容積VR---物料體積流量t---反應(yīng)時間φ–裝料系數(shù)δ–設(shè)備備用系數(shù)，一般為10%-15%m—反應(yīng)釜的個數(shù)②、選定槳葉直徑與釜徑的比值D/T，D/T一般在0.2-0.8之間③、根據(jù)具體的工藝過程要求、難度情況確定攪拌級別，得出總體流速ū④、計算攪拌器的泵送流量qd

qd=ū(πT2/4)⑤、運(yùn)用Nqd-NRe關(guān)系圖求轉(zhuǎn)速N—用試差法27確定轉(zhuǎn)速的設(shè)計步驟：272.懸浮類型攪拌轉(zhuǎn)速的確定法一、概念：攪拌的尺度和難度，攪拌強(qiáng)烈程度級別尺度：同樣是流體體積，即VR難度：懸浮粒子的沉降速度ut→i)計算法;ii)查圖法282.懸浮類型攪拌轉(zhuǎn)速的確定法28二、攪拌強(qiáng)烈程度的級別和轉(zhuǎn)速計算懸浮類型攪拌強(qiáng)烈程度（攪拌級別，懸浮程度）也分10級不同攪拌級別的攪拌效果（懸?。?9二、攪拌強(qiáng)烈程度的級別和轉(zhuǎn)速計算29攪拌級別與葉輪轉(zhuǎn)速、直徑、顆粒設(shè)計沉降速度的關(guān)系30攪拌級別與葉輪轉(zhuǎn)速、直徑、顆粒設(shè)計沉降速度的關(guān)系30具體設(shè)計計算步驟：（1）根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計反應(yīng)器的體積，V（2）計算顆粒的“沉降速度”,Ut（3）計算“設(shè)計沉降速度”,UdUd

=Utfw

式中fw為濃度校正系數(shù)（4）確定聚合釜的直徑T、攪拌器的形式和槳葉直徑與釜徑之比值D/T（5）確定攪拌級別（6）計算攪拌器的轉(zhuǎn)速N（7）校正顆粒雷諾數(shù)NRe（8）計算攪拌軸功率（9）選擇適用的電動機(jī)或減速裝置等其他輔件31具體設(shè)計計算步驟：31謝謝指導(dǎo)！32謝謝指導(dǎo)！32流體力學(xué)學(xué)習(xí)總結(jié)資料33流體力學(xué)學(xué)習(xí)總結(jié)資料1第1章流體力學(xué)基礎(chǔ)知識第2章流體粘性第3章流體運(yùn)動第4章流體攪拌4-2攪拌功率計算4-3攪拌器的流動特性及轉(zhuǎn)速確定4-1攪拌反應(yīng)器的選用34第1章流體力學(xué)基礎(chǔ)知識第2章流體粘性第3章流體運(yùn)場論

張量梯度散度旋度壓縮性易流動性粘性質(zhì)量力表面力（壓強(qiáng)剪切力）運(yùn)動粘度

動力粘度

粘溫關(guān)系流體類型

牛頓流體非牛頓流體擬（假）塑性流體流體運(yùn)動描述-拉格朗日法/歐拉法流量流速流線跡線流面流管流束

層流湍流雷諾準(zhǔn)數(shù)伯努利方程式

攪拌器類型軸向流徑向流切向流打旋擋板導(dǎo)流筒…………場論

張量梯度散度旋度壓縮性易流動性粘性質(zhì)量力表面力（壓強(qiáng)剪切力）運(yùn)動粘度動力粘度

粘溫關(guān)系流體類型

牛頓流體非牛頓流體擬（假）塑性流體流體運(yùn)動描述-拉格朗日法/歐拉法流量流速流線跡線流面流管流束層流湍流雷諾準(zhǔn)數(shù)伯努利方程式

攪拌器類型軸向流徑向流切向流打旋擋板導(dǎo)流筒…………35場論張量梯度散度旋度壓縮性易流動性粘性質(zhì)量力4-1攪拌反應(yīng)器的選用攪拌反應(yīng)器作用：1）推動液體流動，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，提高傳熱效率4）加速物料的分散與合并，增大物質(zhì)的傳遞速率……攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體流動狀況：宏觀流動：指流體以大尺寸（凝集流體、氣泡、液滴）在大范圍（整個釜內(nèi)空間）中的流動狀況，也稱循環(huán)流動（軸向、切向、徑向）微觀流動：指流體以小尺寸（小氣泡、液滴分散成小微滴）在小范圍（氣泡、液滴大小空間）中湍流狀況，微觀流動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、液滴細(xì)微化，最后由于分子擴(kuò)散達(dá)到微觀混合。364-1攪拌反應(yīng)器的選用4槳式攪拌器：槳葉構(gòu)形為平槳、斜槳、錨形槳或框形槳；平槳轉(zhuǎn)動時主要是水平液流，攪拌不激烈；斜槳除水平液流外，還有向上或向下的垂直液流，攪拌較激烈；對于高黏度液體攪拌，一般把形狀做成錨式或框式，與釜壁間隙小，轉(zhuǎn)速低，剪切作用小，但是攪拌范圍大，不易產(chǎn)生死區(qū)，特別是必須通過釜壁傳熱時，可以利用槳葉刮掃來防止攪拌器與釜壁間產(chǎn)生滯流層，促進(jìn)傳熱。粘度高于103Pa.s時，由于功率消耗太大，不宜采用。不同類型攪拌器特點：推進(jìn)式攪拌器：攪拌時，流體的由槳葉上方吸入，而由下方以圓筒狀螺旋形排出，即驅(qū)使流體向下流動，軸向分速度使液體沿軸向流動，待流至釜底再沿壁折回至螺旋槳上方，形成軸向循環(huán)流動，同時也存在部分徑向運(yùn)動。適用于液體黏度低，液量大的液體攪拌，利用較小的攪拌功率通過高速轉(zhuǎn)動的槳葉獲得良好的攪拌效果。由于其剪切作用不大，循環(huán)性能好，屬于循環(huán)型攪拌器，與平槳合用，可增加剪切作用。37槳式攪拌器：不同類型攪拌器特點：推進(jìn)式攪拌器：5渦輪式攪拌器：又稱透平攪拌器，有開式和閉式兩類。根據(jù)槳葉形狀，有平直葉片、彎曲葉片、傾斜葉片等。從流動情況分析，物料被抽吸后，在離心力作用下，液體作切向和徑向流動，并以很高的絕對速度從出口沖出。出口液體的徑向分速度使液體流向壁面，然后分成上、下兩路回流入攪拌槳葉，形成徑向流況的循環(huán)流動，徑向流動方向主要與釜壁和轉(zhuǎn)軸垂直，并在釜壁和轉(zhuǎn)軸附件折轉(zhuǎn)而向上、下垂直流動，此時既有垂直液流，又有徑向液流，使液體有良好的從頂?shù)降椎姆D(zhuǎn)運(yùn)動而有利于液體混合。渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可以使液體微團(tuán)分散的很細(xì)，適用于低黏度到中等黏度液體的混合、液-液分散、液-固懸浮及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)平直葉片剪切作用較大，彎葉是指葉片朝著流動方向彎曲，可以降低功率消耗，，但是其剪切作用沒有直葉的好，適用于含有易碎固體顆粒的液體攪拌。斜槳的排液能力不如其他渦輪大，但由于旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的軸向流動分量，有助于固體顆粒的懸浮。38渦輪式攪拌器：6螺桿及螺帶式攪拌器：當(dāng)攪拌粘度大于10Pa.s的液體時，不宜采用槳式、渦輪式、推進(jìn)式攪拌器，此時攪拌功率消耗明顯增大，可用螺桿和螺帶式攪拌器。螺桿攪拌器又稱螺軸式攪拌器，通常將螺桿槳置于釜中心，釜內(nèi)設(shè)置離壁擋板或?qū)Я魍?，提高釜?nèi)液體的攪拌強(qiáng)度并造成一定的循環(huán)流行，提高混合效率。螺帶攪拌器適用于黏度極高的場合（如達(dá)103Pa.s）。螺桿/螺帶式攪拌器旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)螺帶迫使液體向下運(yùn)動，外螺帶則迫使液體由下向上的運(yùn)動，從而可使液體充分混合，不致產(chǎn)生停滯區(qū)。外螺帶還可以與釜內(nèi)壁很好地吻合，直接刮掃釜壁上的液體，有利于夾套式攪拌釜的傳熱。39螺桿及螺帶式攪拌器：71、均相液體混合：主要控制因素是容積循環(huán)速率槳式攪拌器因結(jié)構(gòu)簡單可優(yōu)先考慮，但其混合效率稍差，如果要求快速混合，可選用推進(jìn)式或渦輪式，湍流操作時，一般加擋板為宜。按工藝過程操作類別選用攪拌器的原則：2、非均相液體混合：主要控制因素是液滴大?。ǚ稚⒍龋┘叭莘e循環(huán)速率為保證液體能分散成細(xì)滴，要求攪拌器有較大的剪切力；為保證液滴在釜內(nèi)均勻地分散，要求有較大的容積循環(huán)速率；渦輪式槳葉具有較大局部剪切作用和容積循環(huán)效率，對此類操作效果較好。其中以開式平直葉渦輪剪切作用最大，其液滴分散度最大。當(dāng)分散黏度較大液體時，考慮用彎葉渦輪，以減少動力消耗。3、固體懸浮：保證顆粒均勻和不沉降主要因素是容積循環(huán)速率及湍流強(qiáng)度根據(jù)顆粒性質(zhì)及固含量選用攪拌器，當(dāng)固體粒子較大，固液密度差較大，固/液比＜30%，通常選用開式渦輪；粒子較小，固液密度差較小，固/液比60%~90%時，常選用平槳；推進(jìn)式適用于固液密度差小，固/液比＜50%時的攪拌。401、均相液體混合：主要控制因素是容積循環(huán)速率按工藝過程操作類4、氣體吸收及氣液相反應(yīng)：保證氣體進(jìn)入液體后被打散，進(jìn)而能分散成更小氣泡并均勻分散，故控制因素是局部剪切作用、容積循環(huán)速率及高轉(zhuǎn)速

這類操作以圓盤式渦輪最理想，特別是在湍流區(qū)操作時，使用圓盤式渦輪可以防止氣體由噴氣圈進(jìn)入后，從攪拌槳葉中央固體旋轉(zhuǎn)部處走短路，降低吸收效果。5、高黏度體系：由于體系黏度很大，攪拌轉(zhuǎn)速低，物料處于層流狀態(tài)，不可能有明顯地局部剪切作用，控制因素是容積循環(huán)速率及低轉(zhuǎn)速由于體系黏度很大，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。體系黏度大，靠單一徑向流和軸向流已不能適應(yīng)混合的需要，此時需要有較大的面積推動力，隨著黏度增大可依次選用：透平、錨式、框式、螺桿、螺帶、特殊型高粘度攪拌器。聚合后期的高粘度操作：①變速攪拌裝置，以適應(yīng)不同階段的攪拌要求②多釜串聯(lián)，每釜按不同黏度設(shè)置合適的攪拌器及操作條件攪拌雷諾數(shù)不夠時，就可能出現(xiàn)在近釜壁處的液體處于停滯狀態(tài)，降低攪拌效果，如果是釜壁液體流動所需要的最低雷諾數(shù)較小，表明該攪拌槳葉的攪拌效果好414、氣體吸收及氣液相反應(yīng)：保證氣體進(jìn)入液體后被打散，進(jìn)而能分?jǐn)嚢杵鬟x型表攪拌器適用液體范圍總之，攪拌器選用遠(yuǎn)非理論上可以加以推定，大量是依靠實踐與經(jīng)驗的總結(jié)?。?！42攪拌器選型表攪拌器適用液體范圍總之，攪拌器選用遠(yuǎn)非理論上可以4-2攪拌功率計算攪拌器功率計算的用途：1）、衡量攪拌強(qiáng)度的主要物理量2）、攪拌器機(jī)械設(shè)計的基本依據(jù)3）、電機(jī)選用的重要依據(jù)

攪拌系統(tǒng)中，幾何因素（釜徑、槳葉寬度、擋板尺寸、液深）與槳葉直徑成正比，故影響攪拌功率的幾何因素可以歸結(jié)為攪拌器直徑的影響；攪拌功率與各影響因素間的函數(shù)關(guān)系式為：P=f(N,d,ρ,μ,g)式中P為攪拌功率,W；N為葉輪轉(zhuǎn)速，r/s；D為葉輪直徑，m；ρ為液體密度，kg/m3；μ為液體粘度，Pa·s；g為重力加速度，9.81m/s2。A、均相液體的攪拌功率：434-2攪拌功率計算攪拌器功率計算的用途：攪攪拌功率的因次分析推導(dǎo)：44攪拌功率的因次分析推導(dǎo)：12Np為功率準(zhǔn)數(shù)，是反應(yīng)攪拌功率的準(zhǔn)數(shù)；NRe為攪拌雷諾數(shù)，是反映物料流動狀況對攪拌功率影響的準(zhǔn)數(shù)；NFr為弗勞德數(shù)，即流體的慣性力與重力之比，是反映重力對攪拌功率影響的準(zhǔn)數(shù)。K為系統(tǒng)的總形狀系數(shù)，反映系統(tǒng)的幾何構(gòu)型對攪拌功率的影響；p,q為指數(shù)，其值與物料流動狀況及攪拌器型式和尺寸等因素有關(guān)。45Np為功率準(zhǔn)數(shù)，是反應(yīng)攪拌功率的準(zhǔn)數(shù)；134614（1）層流區(qū)：攪拌時釜內(nèi)物料不會發(fā)生打旋現(xiàn)象，則重力對攪拌功率的影響可忽略，此時q=0，此時φ=Np；此時直線斜率近似-1，p=-1代入得：

則P=????N3D5

或

P=??1??N2D3

（K1為與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)常數(shù)）不同攪拌器K1、K2值(換表)47（1）層流區(qū)：攪拌時釜內(nèi)物料不會發(fā)生打旋現(xiàn)象，則重力對攪拌功（2）過渡區(qū)：符合全擋板條件時，可不考慮打旋現(xiàn)象的影響，按照（1）中層流區(qū)公式計算攪拌功率；若NRe>300且釜內(nèi)未設(shè)置擋板，則重力影響不能忽略。

式中α，β為攪拌器型式和尺寸有關(guān)的的常數(shù)（3）湍流區(qū)：釜內(nèi)未設(shè)置擋板，物料會發(fā)生打旋現(xiàn)象，按照（2）中公式計算功率；若設(shè)置擋板，物料不發(fā)生打旋現(xiàn)象，故重力影響可以忽略；此時Φ值幾乎與NRe無關(guān)，即Φ為常數(shù)，從而有：攪拌器的α和β值（換表）

P=K2ρN3D5式中K2為與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的常數(shù)48（2）過渡區(qū)：

式中α，β為攪拌器型式和尺寸有關(guān)的的常數(shù)（3全擋板的概念：擋板數(shù)增加，動力消耗也增加。當(dāng)擋板數(shù)增加到一定程度時，攪動功率P增加到最大值，此時這種條件稱為“全擋板條件”。通常以擋板系數(shù)KB來表征擋板程度。式中，Bw為擋板寬度，T為釜徑，nB

為擋板塊數(shù)。當(dāng)KB=0.35時，稱為全擋板條件，當(dāng)KB=0時，為無擋板條件；在0~0.35之間時稱為部分擋板條件。通常釜內(nèi)安裝4塊Bw/T=0.1的擋板可近似看做全擋板條件處理。通常用KBF、KB、KBN分別為全擋板，部分擋板以及無擋板時的擋板系數(shù)。49全擋板的概念：擋板數(shù)增加，動力消耗也增加。當(dāng)擋板數(shù)增加到一定B、非均相液體的攪拌功率關(guān)鍵是求出平均密度、平均黏度?。。?/p>

50B、非均相液體的攪拌功率關(guān)鍵是求出平均密度、平均黏度?。?！

②氣-液非均相攪拌（經(jīng)驗式(Calderbank的研究結(jié)果)）通氣時的攪拌功率可用下式計算:式中Ng為通氣時的攪拌功率，W；N為不通氣時的攪拌功率，W；Q為操作狀態(tài)下的通氣量，m3/s，n為葉輪轉(zhuǎn)速，r/s,d為葉輪直徑，m。51

②氣-液非均相攪拌（經(jīng)驗式(Calderbank的研究結(jié)果C、非牛頓液體的攪拌功率假塑性流體→粘度可變問題：難于確定釜內(nèi)流體的粘度和計算攪拌功率解決：計算NRe時表觀粘度μa代替粘度對象：非牛頓流體的攪拌功率的研究絕大多數(shù)是以層流為研究對象52C、非牛頓液體的攪拌功率假塑性流體→粘度可變20非牛頓型液體的表觀黏度可用下式計算:式中μa為非牛頓型液體表觀黏度，Pa·s；K為稠度系數(shù)，取決于流體的溫度和壓力；m為流變指數(shù)，反映與牛頓型流體的差異程度。對于牛頓型流體，m=1；B為與攪拌器結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，其中K值，m，

及B參考下表。53非牛頓型液體的表觀黏度可用下式計算:21一、攪拌器的循環(huán)特性（qd、Nqd、Nqc、Nc、tc

）排出流量qd（泵送能力）：單位時間內(nèi)從槳葉排出的流量排出流量qd與該液體離開槳葉的平均速度和槳葉掃過的面積的乘積有關(guān)。qd

∝ūAA∝D2，ū∝πND所以：qd

∝πND3即：qd=NqdND3Nqd=qd/ND3

Nqd稱為排出流量數(shù)或泵送準(zhǔn)數(shù)，反映了攪拌的劇烈程度，是攪拌雷諾數(shù)NRe的函數(shù)4-3攪拌器的流動特性及轉(zhuǎn)速的確定54一、攪拌器的循環(huán)特性（qd、Nqd、Nqc、Nc、tc）45523qc=qd+qi

qc稱為循環(huán)流（參與循環(huán)流動的所有液體的體積流量）；qi稱為同伴流（或稱為誘導(dǎo)流）層流時，qc=qd湍流時，qc＞qdNqc=qc/ND3Nqc—循環(huán)流量數(shù)影響Nqd和Nqc的主要因素是雷諾數(shù)和槳葉特性用循環(huán)次數(shù)Nc或循環(huán)時間tc表征攪拌器循環(huán)特性Nc=qc/V=NqcND3/Vtc=1/NcNc–循環(huán)次數(shù)，tc