制药工程原理与设备液体的搅拌教材.ppt

第三章 液体的搅拌 一、液体搅拌的目的 二、搅拌器的类型 三、混合效果的度量 四、混合机理 五、功率及能量分配 六、搅拌器的放大 七、其他混合设备 一、 液体搅拌的目的 1 、互溶液体的混合 2 、不互溶液体的分散和接触 均相混合 3 、气液接触 4 、固体颗粒在液体中的悬浮 非均相混合 5 、强化液体与器壁的传热 搅拌既使物料混合，又大大加快了传质和反应； 同时起到强化传热的作用。 二、 搅拌器 的类型 1 、按结构型式分类 旋桨式 旋桨 桨式 平直叶 、 折叶 涡轮式 开启平直叶 、 开启弯叶 、 锚式 （ 1 、 2 ） 框式 （ 1 、 2 ） 螺带式 （ 1 、 2 、 3 ） 圆盘平直叶 、 圆盘弯叶 2 、按工作原理分类 工作原理：去壳轴流泵 旋桨式 为代表 特点：流量大、压头低；液体作 轴向 和 切向 运动 搅拌器：旋桨式、折叶桨式、螺带式 工作原理：去壳离心泵 涡轮式 特点：流量小、压头高；液体作 径向 和 切向 运动 为代表 搅拌器：平直叶桨式 其它： 气流搅拌、 静态混合 ( 1 ， 2 ， 3 ）、 管路机械混合 、射流混合 三、混合效果的度量 ● 根据工艺过程目的评价 强化传热、传质 — 传热系数、传质系数的大小 促进反应过程 — 反应转化率 调匀度 — 均相物系 ● 搅拌效果的评价准则 分隔尺度 — 非均相物系 1 、调匀度 I 均相体系：表示样品与均匀状态的偏离程度 液体 A 取 V A ? V A ? V A ? V B ? C A0 = V A ? V B 液体 B 取 V B ? 取样 分析 （ C A0 为 A 的平均体积浓度） 结果一致，搅拌均匀 样品 C A 不一致，未均匀，偏离 C A0 大， 差 引入调匀度 I ：样品与均匀态的偏离程度 C A ? I ? ( C A ? C A0 ) ? C A 0 ? ? I ? 1 1 ? C A 或 I ? ( C A ? C A0 ) ? ? 1 ? C A 0 ? I 1 ? I 2 ? ?????? I m I ? 平均调匀度 m I 用以度量整个液体的混合效果 — 均匀程度 （混合均匀时 I ? 1 ） 2 、分隔尺度 —— 非均相体系 对多相分散物系通过搅拌单凭调匀度尚不能反映混合物 的状态，它还与分隔尺度有关。 a b 如取样体积远大于微团尺寸，两者平均调匀度均接近 1 （宏观均匀）；若样品体积小至与微团尺寸接近（微观而 言），两者有不同的的调匀度。因此引入分隔尺度，作为多 相分散体系搅拌操作的重要指标。 ● 宏观混合与微观混合 混合效果的度量与混合尺度有关 设备尺度（大尺度） 混合尺度 的三个层次 流体微团（视分散情况） 分子尺度 （依赖于分子扩散） 1 、液固物系 — 只能达到某种宏观上的均匀； 2 、不互溶液体 — 剧烈搅拌分散程度提高，小尺度宏观均 匀，不能达到分子尺度上的均匀； 3 、互溶液体 — 可达到分子尺度上的均匀。真正的微观混 合只有通过分子扩散才能达到达到分子尺度上的均匀 性。 四、混合机理 1 、搅拌器的两个功能 1 ）总体流动 ——— 促进宏观均匀，大尺度的均匀混合。 2 ）强烈湍动 ——— 促进微观均匀，小尺度的均匀混合。 （ （ 2 、均相液体的混合机理 1 、低粘度液体的混合 ● 总体流动 — 釜中液相形成一个循环流动，将液体破碎成 较大液团并被夹带至容器各处，造成宏观上的均匀。 ● 高度湍动 — 总流中高度湍动液流中的旋涡生成尺寸很小 的液团，漩涡尺寸越小，破碎作用越大，形成液团也 越小，而不是桨叶打碎的结果。 搅拌的效果： 不可能完全均匀，原因为 各部分的湍动也不一样 过程中液团破碎与合并 P 小 P 大 P 大 绕流引起驻点压差，使液滴拉长 压扁，并被破碎 湍动漩涡使液滴扯开 液滴微团 2 、高粘度及非牛顿流体的混合 主要依赖充分的总体流动 原因：高粘度流体在经济的操作范围内不可能 获得高度湍动，只能处于层流流动。 常采用大直径搅拌器，如框式、锚式和螺带式， 上下往复运动的旋转搅拌器，使釜中的剪切力场 尽可能均匀，效果更佳。 五、搅拌功率 1 、搅拌器的混合效果与功率消耗 ? 足够大的流量 q V 形成强大的总体流动 ? — — 大尺度均匀 ? P ? ? gq V H ? ? 足够大的压头 H 产生高度湍动 ? — — 较小微团分散 ? 设计思想： 设法增加搅拌器的功率，而不是提高效率 能量的有效利用： 根据工