《化工原理》课程教学资源（课件讲稿）第3章 液体搅拌

第三章 液体搅拌 3.1概述 3.2混合机理 3.3搅拌器的性能 3.4搅拌功率 3.5搅拌器的放大 3.6其他混合设备

第三章 液体搅拌 3.1 概 述 3.2 混合机理 3.3 搅拌器的性能 3.4 搅拌功率 3.5 搅拌器的放大 3.6 其他混合设备

3.1概述 工业背景：回 搅拌目的：回 (1)互溶液体的均匀混合、多相物体的分散和接触 如：气泡分散于液体中； 液滴分散于不互溶液体中： 固体颗粒悬浮于液体中 (2)强化传质 (3)强化传热 搅挣装置进化学反应 1.搅拌槽2.搅拌器3.加料管4.电动机5.减速翯 6.温度计套管7挡板8.搅拌轴9.放料阀

1.搅拌槽 2.搅拌器 3.加料管 4.电动机 5.减速器 6.温度计套管 7.挡板 8.搅拌轴 9.放料阀 3.1 概 述 工业背景： 搅拌目的： （1）互溶液体的均匀混合、多相物体的分散和接触 如：气泡分散于液体中； 液滴分散于不互溶液体中； 固体颗粒悬浮于液体中 （2）强化传质 （3）强化传热 搅（4 拌）促进化学反应 装置：

3.1.1搅拌器的类型 机械搅拌器 管道机械搅拌器 旋浆式 螺带式 结构< 管道混合器 射流混合器 气流搅拌 按工作原理可分两大类： 锚式搅拌器 框式搅拌器 旋桨式：旋桨（动画）、螺带式（动画）、 锚式（动画）、框式（动画） 涡轮式：涡轮（图）、平直叶（动画） 涡轮式

按工作原理可分两大类： 旋桨式：旋桨(动画) 、螺带式(动画) 、 锚式(动画) 、框式(动画) 涡轮式：涡轮(图) 、平直叶(动画) 旋浆式 锚式搅拌器 涡轮式 螺带式 框式搅拌器 机械搅拌器 管道机械搅拌器 管道混合器 射流混合器 气流搅拌 3.1.1 搅拌器的类型 结构

3.1.2混合效果的度量 (1)调匀度1 VA VA Va 当CACAO 1 平均调匀度

3.1.2 混合效果的度量 A B A A V V V C 0 A0 A C C I 0 1 1 A A C C I  n i i I n I 1 1 平均调匀度 （1）调匀度 I 当CACA0

(2)分隔尺度 称台 调匀度与取样尺寸有关 气泡直径 液滴直径 颗粒直径 (3) 宏观混合与微观混合 设备尺度混合一总体流动 旋涡尺度混合—剪切力场 (液滴大小分布、气泡大小分布)

（2）分隔尺度 调匀度与取样尺寸有关 气泡直径 液滴直径 颗粒直径 （3） 宏观混合与微观混合 设备尺度混合——总体流动 旋涡尺度混合——剪切力场 （液滴大小分布、气泡大小分布） 分子尺度混合——分子扩散

3.2混合机理 3.2.1搅拌器的功能 (1)总体流动-将流体输送到搅拌釜内各处大尺度宏观混合。 旋桨式 涡轮式 (2)形成强剪切（或高度湍流）-产生漩涡有利于小尺度宏 观混合促进微观混合。 ⊙流体不是靠叶轮的浆叶直接打碎的，而是由浆叶附近的高剪切力场撕碎的

3.2 混合机理 3.2.1 搅拌器的功能 （1）总体流动－将流体输送到搅拌釜内各处大尺度宏观混合。 （2） 形成强剪切（或高度湍流）－产生漩涡有利于小尺度宏 观混合促进微观混合。 ۞流体不是靠叶轮的浆叶直接打碎的，而是由浆叶附近的高剪切力场撕碎的

射流现象 射流边界 夹带流体 2 4 之夏气 射流核心 速度分布 作用 ①夹带 ②剪切，脉动

射流现象 作用 ①夹带 ②剪切, 脉动

3.2.2均相液体的混合机理 (1)总体对流扩散 排出流和诱导流造成槽内液体的宏观流动使液 体宏观上均勻混合 (2)涡流扩散 射流中心于周围液体之间大的速度梯度所产生的强剪 切力使微团尺寸减小，达到微观均匀混合。 (3)分子扩撒 均相液体在分子尺度的均勻混合。 ·低黏度液体混合 总体流动+高度湍动 最小微团微10um量级 。高黏度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态一混合机理主要依赖于充分的总体流动

3.2.2 均相液体的混合机理 （1）总体对流扩散 排出流和诱导流造成槽内液体的宏观流动使液 体宏观上均匀混合 （2）涡流扩散 射流中心于周围液体之间大的速度梯度所产生的强剪 切力使微团尺寸减小，达到微观均匀混合。 （3）分子扩散 均相液体在分子尺度的均匀混合。  低黏度液体混合 总体流动＋高度湍动 最小微团微10um量级  高黏度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态—混合机理主要依赖于充分的总体流动

3.2.3非均相液体的混合机理 (1)液滴或气泡的分散 ● 抗力-界面张力，·越大越不易分散 P.T 稳定时，液滴破碎与合并达到动态平衡 剪切 变形 破裂 液滴大小分布不均的原因： >叶片附近-剪切强度大、液滴小 >边角处-剪切强度小、液滴大 措施：尽量使釜内湍动程度均匀 加少量保护胶或表面活性剂，使液滴难以合并 气泡分布破碎-高度湍动（强剪切作用）】 (2)固体颗粒的分散 细颗粒·打散颗粒团聚体 粗颗粒-全部颗粒离底悬浮，操作速度应大于悬浮临界转速

3.2.3 非均相液体的混合机理 （1）液滴或气泡的分散 抗力－界面张力，σ越大越不易分散 稳定时，液滴破碎与合并达到动态平衡 液滴大小分布不均的原因： 叶片附近－剪切强度大、液滴小 边角处－剪切强度小、液滴大 措施：尽量使釜内湍动程度均匀 加少量保护胶或表面活性剂，使液滴难以合并 （2）固体颗粒的分散 细颗粒－打散颗粒团聚体 粗颗粒－全部颗粒离底悬浮，操作速度应大于悬浮临界转速 气泡分布破碎－高度湍动（强剪切作用）

3.3搅拌器的性能 3.3.1常用搅拌器的性能 (1) 旋桨式搅拌器 qv大，H小，轴向流出 叶片端速度515m/s 适于低粘度液体 10Pa.s (2) 涡轮式搅拌器（录像） qv小，大，径向流出 叶片端速度38m/s 适于中等粘度液体

（1） 旋桨式搅拌器 qV大，H小，轴向流出 叶片端速度5~15m/s 适于低粘度液体 μ<10Pa·s （2） 涡轮式搅拌器(录像) qV小，H大，径向流出 叶片端速度3~8m/s 适于中等粘度液体 μ<50Pa·s 3.3 搅拌器的性能 3.3.1 常用搅拌器的性能