化工原理：第四章 液體攪拌

PAGE1PAGE第四章液體攪拌1．采用六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器攪拌某種黏稠液體。該液體密度ρ=1060kg/m3，黏度μ=42Pa?s。攪拌槽直徑D=1.2m，葉輪直徑d=0.4m。已測得達(dá)到預(yù)期攪拌效果要求葉端速度uT=2.65m/s。試求葉輪的轉(zhuǎn)速及攪拌功率。解：根據(jù)題給條件，借助圖4-8中曲線6進(jìn)行計算。（1）葉輪轉(zhuǎn)速n=r/s=2.11r/s（2）攪拌功率Re==8.52(層流區(qū))由Re=8.52從圖4-8中曲線6讀得，Φ=9。用式4-11計算P，即P=Φρn3d5=9×1060×2.113×0.45W=918W或用式4-10計算N，取K1=71則 P=K1μn2d3=71×42×2.112×0.43W=850W2．用例4-1附圖中所示的攪拌槽來攪拌固體顆粒在20℃水中的懸浮液。固相密度ρs=1600kg/m3，體積分?jǐn)?shù)xν=0.12。槽內(nèi)徑D=3m，葉輪轉(zhuǎn)速n=1.5r/s。試求攪拌功率P。解：對于懸浮液，用平均密度ρm和黏度μm作為物料的物性參數(shù)，采用均相物系攪拌功率的方法進(jìn)行計算。20℃水的物性參數(shù)為ρ=998.2kg/m3，μ=1.005mPa?sρm=ρsxv+（1–xv）ρ=[1600×0.12+(1–0.12)×998.2]kg/m3=1070kg/m3ε==0.1364＜1μm=(1+2.5ε)μ=(1+2.5×0.1364)×1.005mPa?s=1.348mPa?sRe===1.19×106(湍流區(qū))查圖4-8中的曲線6得到，Φ=PN=6.6則P=Φρn3d5=6.6×1070×1.53×15W=23.83×103W≈24kW3．在習(xí)題2的攪拌設(shè)備中攪拌密度ρ=880kg/m3，黏度μ=0.66Pa?s的均相混和液，要求葉輪的葉端速度uT不低于5m/s，槽內(nèi)徑D仍為3m。試比較全擋板條件和不安裝擋板的攪拌功率。解：借助圖4-8中的曲線6和5進(jìn)行計算。d=D=×3m=1mn===1.59（1）全擋板條件下的攪拌功率Re===2120（過渡區(qū)）由Re值查圖4-8中的曲線6，得Φ=PN=5.0則P=Φρn3d5=5.0×880×1.593×15=17.7×103W=17.7kW（2）無擋板條件下的攪拌功率用式4-12計算N，式中Φ=1.9，ζ1=1，ζ2=40則P=Φρn3d5FryFr==0.2577y===–0.0582∴P=1.9×880×1.592×13×0.2577–0.0582kW=7.273×103kW≈7.3kW4．在直徑D=1.8m的“標(biāo)準(zhǔn)攪拌槽”內(nèi)攪拌假塑性流體。葉輪轉(zhuǎn)速n=2r/s；液體密度ρ=1070kg/m3，操作條件下液體的表觀黏度可用下式計算，即μa=K(kn)m-1式中K—稠度指數(shù)，Pa?sm,對該流體，K=50.6Pa?sm；k—系數(shù)，量綱為一，本例取為13；m—流性指數(shù)，量綱為一，本例取m=0.5；n—葉輪轉(zhuǎn)速，r/s。試求攪拌功率。解：Pa?sRe===77.64由Re值從圖4-10查得PN=3.5則P=PNρn3d5=3.5×1070×23×0.65W=2.33×103W=2.33kW5．?dāng)M設(shè)計一“標(biāo)準(zhǔn)”構(gòu)形的攪拌設(shè)備攪拌某種均相混合液，槽內(nèi)徑為2.4m，混合液密度ρ=1260kg/m3，黏度μ=1.2Pa?s。為了取得最佳攪拌效果，進(jìn)行三次幾何相似系統(tǒng)中的放大試驗。實驗數(shù)據(jù)如本例附表1所示。試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)判斷放大準(zhǔn)則，并計算生產(chǎn)設(shè)備的葉輪轉(zhuǎn)速及攪拌功率。習(xí)題5附表1試驗?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)與操作參數(shù)試驗編號槽徑D/mm葉輪直徑d/mm轉(zhuǎn)速備注123200400800671352701360675340滿意的攪拌效果解：（1）判斷放大基準(zhǔn)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算各放大基準(zhǔn)的相對值列于本題附表2習(xí)題5附表2各放大基準(zhǔn)的相對值放大準(zhǔn)則1號槽2號槽3號槽Re∝nd2P/V∝n3d2Q/H∝d/nuT∝nd6.105×1061.129×10134.93×10-29112012.3×1075.605×10120.2911252.48×1072.865×10120.79491800從上表看出，應(yīng)以保持葉端速度不變?yōu)榉糯蠡鶞?zhǔn)。（2）生產(chǎn)設(shè)備的攪拌器轉(zhuǎn)速及攪拌功率==4.771m/s同理=4.771m/s及