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搅拌技术
液液分散及互溶液体的搅拌与混合
点击次数:3009 发布时间:2010-03-04

1 简介
采用液液分散操作通常是为了以下目的:(1)通过液液分散使相界面增加;(2)使分散相液滴外部的扩散阻力减小;(3)产生湍流促进浓度和温度均一化;(4)使分散相液滴反复进行破碎凝并从而促进分散相液滴间的传质。
在液液分散中,搅拌起着关键的作用,它控制着液滴的聚并、破裂以及悬浮。搅拌影响液体流动的强度与方向并进而影响液滴的分布与均一性。
2 互溶液体的搅拌与混合
2.1 低粘液体的搅拌与混合
互溶液体的搅拌是两种及两种以上互溶液体在搅拌作用下,任意一点的浓度、密度、温度以及其他物理状态达到均匀的过程,通常又称为混匀过程,它是搅拌过程中zui基本的一种过程。有时为了强调其属于均相搅拌的特点。也称其为调和或调匀。
低粘度互溶液体搅拌过程的主要特征是不存在传递过程的相界面。对于一个纯物理混合过程,低粘度互溶液体的混合属于zui容易完成的过程。但如果混合过程伴有化学反应时,则往往会使过程复杂化,主要表现在两个方面:一是对混合时间有比较严格的要求,以避免发生一些不希望的副反应;二是大多有反应热的导出或热量的导入,从而增加了混合过程的控制难度。低粘度互溶液体的搅拌操作一般都是在湍流状态下进行的。因而这一过程就具有较强的主体扩散、湍流扩散和分子扩散,在宏观混合的过程同时伴有很强的微观混合过程。
为达到搅拌液体的混合均匀状态,低粘度互溶液体的搅拌首先要求提供足够的循环量,避免在设备内出现死区,使所有搅拌液体都能产生快速对流循环运动。其次,还要求搅拌器造成的液体湍流强度或剪切速度要大,尤其是当两种液体粘度相差比较大时,剪切的存在将有利于高粘度液体在设备中的分散,有利于湍流扩散的强化。此外,当需要混匀的两种液体数量相差较大时,少量液体的加料位置是很重要的,理想的位置是叶轮区,或是在叶轮吸入口附近,以保证进料能很快通过叶轮,促使搅拌液体很快达到浓度均化。
评价搅拌器混合效果的主要性能指标有混合时间、能耗及剪切性能等。其中混合时间是判断混合效果的zui重要性能指标。
2.1 高粘液体的搅拌与混合
工业生产中高粘度流体的应用日益增多,许多高分子聚合物都是高粘度流体,它们很多又是非牛顿流体。在搅拌过程中粘度还会发生变化,因而对搅拌器的要求就更高,要求搅拌器能够适应粘度的变化完成搅拌操作。高粘流体的搅拌常泛指互溶的高粘度液体间的混合。但高粘流体搅拌在工业中也有分散、固体溶解、化学反应等多种非均相操作。
搅拌操作时,用搅拌器对低粘度互溶液造成湍流并不困难.但粘度达到较高水平后,由于粘滞力的影响,就只能出现层流状态。尤其困难的是,这种层流也只能出现在搅拌器的附近,离桨叶稍远些地方的高粘度液体仍是静止的。这样就很难造成液体在搅拌设备内的循环流动,即在设备内会有死区存在,对混合、分散、传热、反应等各种搅拌过程十分不利。所以,高粘度液体搅拌的首要问题就是要解决流体流动与循环的问题。在这种情况下,不能靠增大搅拌转速来提高搅拌器的循环流量,因为流体粘度较高时,搅拌器排出的流量很少,转速过高还会在高粘度溶液中形成沟流,而周围液体仍为死区。较为有效的解决办法是设法使搅拌器推动更大范围的流体。因此,高粘度液体的搅拌器直径与设备内径之比、桨叶的宽度与设备内径之比都要求比较大,有时还要求增加搅拌器的层数,以增大搅拌范围。
搅拌机理来看,在层流区混合高粘度液体时,液体单元经受剪切细分作用被拉长、拉细或分割,随着剪切时间的增加,逐渐达到混合。同时,由于搅拌设备内剪切场不是均匀的,例如锚式搅拌器在锚与釜壁间的间隙区是强剪切区,液体的混合速率较快,而釜中部区域则是低剪切区,混合速率较慢,因此,高剪切区与低剪切区间的液体交换速率或液体在釜内的循环能力也是影响混合的重要因素。此外,设备内流体的速度波动也能促进混合。换言之,高粘度液体的混合速率主要取决于搅拌器与釜壁表面间的相对运动速率及相互之间的距离,为此也要求用于高粘流体的搅拌器,搅拌器直径与设备内径的比值都相当大。实际生产过程中,常用的粘性流体搅拌器有锚式搅拌器、螺带式搅拌器、框式搅拌器等。
评价搅拌器混合效果的主要性能指标有混合时间、单位体积混合能等。其中混合时间是判断混合效果的zui重要性能指标。

 
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