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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：吳**（實(shí)名認(rèn)證）

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IP屬地：湖北 上傳時(shí)間：2024-02-20 格式：PPT 頁(yè)數(shù)：45 大小：2.68MB 積分：30 舉報(bào) 版權(quán)申訴

第三節(jié)制藥反應(yīng)工程基礎(chǔ)之?dāng)嚢杵鲾嚢璺磻?yīng)器構(gòu)成：攪拌器的結(jié)構(gòu)與作用流體流動(dòng)以及流體速度的漲落造成物料交換是反應(yīng)、傳熱以及擴(kuò)散的根本原因，攪拌器起作重要的作用。攪拌器可促使流體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)（徑向流，或稱原生流），流體作軸向運(yùn)動(dòng)的軸向流（或稱次生流），徑向流因擋板作用后產(chǎn)生次生流。徑向流的圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)流體的混合與傳質(zhì)所起的作用較小，而軸向流對(duì)其影響較大。攪拌器的設(shè)計(jì)與功率計(jì)算常用的攪拌器：1.空心夾套3.螺旋導(dǎo)流板夾套2.噴咀4.半管夾套5.內(nèi)部夾套NEW!常用的夾套：常用的擋板：常用的內(nèi)冷管：錐螺帶(VCR)前進(jìn)式(AR)最大葉片式泛能式葉片組合式扭格子式EKATO同軸多臂行星式真空乳化釜新型立式攪拌LIAS-AP瑞士LIST全相型BIVOLAK(住友重機(jī)全相型)(三菱重工)HVRSCR新型臥式攪拌砂磨機(jī)CONTERNA(德國(guó)連續(xù)捏和機(jī))常見攪拌槳及其結(jié)構(gòu)形式螺軸式攪拌流體在攪拌容器中流型在攪拌容器中，流體的流動(dòng)型式(流型)可以分為：層流、轉(zhuǎn)換區(qū)(過渡區(qū))、和湍流在層流及湍流區(qū)域，流體的速度分布是一個(gè)常數(shù)，因此在層流及湍流區(qū)域流體的流型是固定的。在湍流程度較高時(shí)，流型對(duì)于攪拌效果具有重要作用。當(dāng)攪拌雷諾數(shù)大于10000時(shí)，流體的流型屬湍流狀態(tài):D為攪拌器直徑，N為攪拌器轉(zhuǎn)速，ρ、μ

分別為流體的密度和粘度湍流向所有方向進(jìn)行質(zhì)量傳遞完成混合過程。微觀流動(dòng)：湍流向各個(gè)方向發(fā)展，不僅使流動(dòng)快的流體微元進(jìn)入流動(dòng)慢的區(qū)域，同時(shí)速度低的流體微元也會(huì)帶入速度較高的區(qū)域。宏觀流動(dòng)：一般稱為流況，包括徑向流動(dòng)和軸向流動(dòng)，或者說，流體分子或微元構(gòu)成的主流的運(yùn)動(dòng)軌跡。湍流在旋轉(zhuǎn)的槳葉所造成的流股中產(chǎn)生：

具有一定粘度的流體，流速不高時(shí)處于層流狀態(tài)；流速超過一定范圍時(shí)，產(chǎn)生的速度梯度使流體發(fā)生變形，同時(shí)發(fā)生流速的漲落，這種漲落造成渦流，造成與主流方向交叉的質(zhì)量傳遞及動(dòng)量傳遞，這種流動(dòng)方式就是湍流。在具有一定粘度的流體的流動(dòng)中，只要存在著速度梯度，則同時(shí)也存在著剪切應(yīng)力。工藝過程對(duì)攪拌的要求混合：通過攪拌作用，使比重、粘度不同的物料混合均勻。攪動(dòng)：通過攪拌使物料強(qiáng)烈流動(dòng)，以提高傳熱及傳質(zhì)速率。懸浮：通過攪拌作用，使原來在靜止的液體中會(huì)沉降的固顆?；蛞旱螒腋≡谝后w。分散：通過攪拌作用，使氣體，液體或固體分散在液體質(zhì)中，增大不同物相間的接觸面積，加快傳熱和傳質(zhì)過程。

流體的宏觀流動(dòng)，對(duì)混合、攪動(dòng)、懸浮都有很大作用。攪拌器能使流體自下而上翻滾作循環(huán)流動(dòng)，造成流體強(qiáng)制對(duì)流并作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生混合及攪動(dòng)作用，而流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的拉曳力則使其中的顆粒得以懸浮。

湍流的流股發(fā)生速度漲落，與相鄰區(qū)域發(fā)生動(dòng)量和質(zhì)量的交換，這就是混合攪動(dòng)的過程。剪切力主要造成分散的效果，漿葉頂端的圓擊線速度對(duì)剪切力的影響很大。攪拌器的循環(huán)流量（泵送量）與ND3成正比，而剪切力則與N2D2有關(guān)。

因此，對(duì)于主要要求達(dá)到分散效果的過程來說，可以加大攪拌器的轉(zhuǎn)速減少槳葉直徑，以減少用于流體循環(huán)方面的功率消耗。攪拌可能產(chǎn)生的漩渦及漩渦的消除在流體粘度較低，攪拌器轉(zhuǎn)速較高的情況下，容易產(chǎn)生漩渦流，漩渦是離心力作用于旋轉(zhuǎn)的液體所產(chǎn)生的。

隨著攪拌器轉(zhuǎn)速的增加，漩渦可以到達(dá)葉輪的位置，將大量帶入空氣，使攪拌器的功率消耗將顯著下降，這是漩渦使葉輪局部露出液面的一個(gè)現(xiàn)象。在漩渦存在時(shí)，軸向的循環(huán)速度常低于徑向的循環(huán)速率，影響攪拌效果。

還有一種情況值得注意，劇烈打旋的液體常引起往復(fù)沖動(dòng)的浪濤，結(jié)合漩渦的作用，對(duì)攪拌軸將造成起儲(chǔ)存的沖擊力。消除漩渦通常采取在容器內(nèi)安裝擋板的辦法：

使攪拌體系的流型處于湍流區(qū)域，造成從底到頂?shù)拇罅垦h(huán)，也不會(huì)產(chǎn)生漩渦，不致對(duì)攪拌軸形成往復(fù)的不平衡的作用力將攪拌軸不安裝在設(shè)備的中心線上，實(shí)行偏心安裝，可能減小漩渦提高軸向循環(huán)速率一般要求發(fā)酵罐流體在被攪拌時(shí)，應(yīng)達(dá)到“全擋板條件”。所謂全擋板條件是指在攪拌罐中增加擋板或其他附件時(shí)，攪拌功率不再增加，而漩渦基本消失。滿足全擋板條件的擋板數(shù)及寬度，可按下式求出：W擋板寬度、D罐直徑、mb擋板數(shù)一般發(fā)酵罐中安裝4塊擋板擋板寬度（1/8~1/12）D攪拌器的功率計(jì)算攪拌的軸功率人們?cè)谘芯繑嚢柽^程中發(fā)現(xiàn)攪拌與Re準(zhǔn)數(shù)有關(guān)，在適用于攪拌的場(chǎng)合，Re準(zhǔn)數(shù)是以改變后的形式出現(xiàn)：

從力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，借助數(shù)學(xué)解析法對(duì)攪拌器進(jìn)行分析研究[1942年希克松（Hixon）和1946年坎托羅維奇（Канторович）]所得結(jié)果與因次分析的結(jié)果基本一致。在湍流區(qū)，渦輪式攪拌器的攪拌功率:上式kN=N/1.355×105,則其中N是葉輪層數(shù)，P單位kW，適用于低黏度牛頓流體。機(jī)械攪拌反應(yīng)器攪拌器輸出的軸功率P與反應(yīng)器的直徑D、攪拌器的直徑d、液柱的高度HL、攪拌器的轉(zhuǎn)速n、液體的黏度μ、密度ρ、重力加速度g以及攪拌器的形式和結(jié)構(gòu)等。因?yàn)镈、HL均與d之間有一定的比例關(guān)系，于是：P=f(n、d、ρ、μ、g)應(yīng)用因次分析及實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)牛頓流體而言，有下列準(zhǔn)數(shù)關(guān)系全擋板、液面未見旋渦,y=0其中：Φ為功率因數(shù)，Φ=Np/FryRushton算圖：Re≤10時(shí)，P=K1μn2d3Re>104時(shí)，P=K2ρn3d510<Re<104時(shí)，P=Φρn3d5FryBates算圖：渦輪式，對(duì)尺寸要求，不考慮Fr的影響，根據(jù)Re大小查Np，按公式P=

Np

ρn3d5進(jìn)行計(jì)算。其他算法：攪拌功率的幾種算法：不設(shè)擋板的快速攪拌下，對(duì)低黏度流體易漏斗狀下陷的旋渦，在液面形成下陷漏斗狀程度與NRe，NFr有關(guān)，且由于不能忽略重力的影響，在下列公式Φ=Np/Fry中，y=α-lgRe/β∴攪拌功率計(jì)算公式演化為P=Φρn3d5(n2d/g)α-lgRe/β例題：某推進(jìn)式攪拌器，s/d=1，d=0.3m，用以攪拌μ=1.72×10-3Pa?s，ρ=1.43×103kg/m3的液體，試求取攪拌器的軸功率。解：設(shè)攪拌為中等攪拌強(qiáng)度，圓擊點(diǎn)線速度取450m/min（推進(jìn)式攪拌器可達(dá)900m/min以上）。u=πndn=u/πd=450/(π×0.3)≈480rpm(8rps)NRe=nd3ρ/μ=5.986×105查上圖，對(duì)推進(jìn)式攪拌器全擋板場(chǎng)合，

NP=0.35P=NPn3d5ρ=622.7W對(duì)于發(fā)酵罐:一般，D/d≠3、HL/d≠3，其攪拌功率P﹡=fP

f為校正系數(shù)，f=

發(fā)酵罐通常裝有多層攪拌器：

PN=P(0.4+0.6N)N—攪拌器層數(shù)對(duì)非牛頓流體，由于其黏度隨攪拌轉(zhuǎn)速不同而變化，因此:先要求出表觀黏度與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，再依次確定NRe、NP、P和Pg。通氣將降低對(duì)攪拌器軸功率輸出的要求，減少程度與通氣量存在一定的關(guān)系，為此，引入通氣準(zhǔn)數(shù)Na=QG/nd3。若Pg通氣攪拌功率，P0不通氣攪拌功率，當(dāng)Na﹤

0.035

Pg/P0=1-12.6Na

當(dāng)Na≥

0.035

Pg/P0=0.62-1.85NaBrown提出Pg/P0=aexp(-bQG)a,b與氣體速度和攪拌直徑等有關(guān)。自吸式氣液反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用立式圓筒容器高徑比HT/DT=2~2.5;液柱高度與直徑比HL/DT=1~1.5攪拌器:渦輪外徑Di=DT/3，渦輪高度h=Di/4，渦輪與反應(yīng)器底距離y=Di

，吸氣口徑

=3Di/8，擋板寬度B=DT/10不吸氣時(shí)攪拌功率:P0=kn3Di5ρP0--kgm/s，k葉輪攪拌功率常數(shù),n攪拌轉(zhuǎn)速1/s，ρ液體重度kg/m3吸氣時(shí)攪拌功率PS=P0

e-25.6Vs

PS--kgm/s，Vs反應(yīng)器內(nèi)氣體線速度m/s配套電機(jī)功率以為準(zhǔn)PS為準(zhǔn)，按傳動(dòng)機(jī)械效率的0.85計(jì)算

當(dāng)HL/DT=1.5時(shí)吸氣量

q(m

3/s)

=0.0628nDi3

VS=q(0.785DT2)-1(273+t)273-1(1+P×1.01×10-5+HL(2×10.34))攪拌器的分類選型注:有○者為合用，表元中空白者為不詳或不合用。低粘度高粘度常