(聚合反应工程56.pptx

第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合 第六章 搅拌聚合釜的传热与传质;第五章 第一节 概述;;搅拌器的功能;为满足上述要求，搅拌器应具有下述作用 (1)推动液体流动，混匀物料。 (2)产生剪切力，分散物料并使之悬浮。 (3)增加流体的湍动，以提高传热速率。 (4)加速物料的分散和合并，增大物质的传递速率。 (5)在高粘体系，更新表面，促使低分子物(如水、单体、溶剂等)逸出。 搅拌器通常兼有以上多种功能和作用。 例如，在苯乙烯悬浮聚合过程中，搅拌兼有混合(引发剂与单体)、剪切分散（单体液滴分散在水相中)、悬浮及提高传热系数等作用。;为满足各种生产过程对搅拌的不同要求，搅拌器应具有一定的几何形状和技术特性，如搅拌桨叶的 型式 尺寸 转速 并配以适当的挡板形式与尺寸。 掌握这些技术特性及其放大规律，对完善设计非常重要。;第二节 搅拌釜内流体的流动状况;流体的流动状况（简称流况）的定义为“在整个搅拌容器中流体速度向量的方向”。 在搅拌釜中流体的流况可以分为两个层次： 宏观状况 宏观流动 微观状况 微观流动 这两种流况反映了搅拌的效果。;一、循环流动与剪切流动;径向流动;轴向流动;切线流动;轴向流动及径向流动对混合有利，能起混合搅动及悬浮作用。 而切线流动则对混合不利！需设法消除。;微观流动 ;微观流动的作用促使局部混合及异相表面更新，对促进传热、传质、分散微粒也有利。 在搅拌桨叶叶端附近及挡板处微观流动作用最强烈。 虽然搅拌桨叶型式千差万别，在搅拌釜中都存在循环流动与剪切流动，只是二者的比重有所不同。 对以循环流动为主的桨叶，称为循环型桨叶； 若以剪切流动为主的桨叶，称为剪切型桨叶。;二、搅拌雷诺数与流态;搅拌雷诺数NRe;图5-4为搅拌釜内流体的流态、动力循环和混合特性。 依雷诺数不同，釜内流体流动有不同的流态。; A区间(NRe＜10) 液体仅在桨叶附近呈滞流旋转流动，桨叶无液体吐出，釜内的其余部分为液体停滞区(即死角)。 B区间(NRe ～10) 当雷诺数达数十时，自桨叶端开始有吐出流产生，并引起整个釜内流体的上下循环流动(可能尚存在四周死角)，此时处于层流。;C区间(NRe 100～1000) 此时处于过渡流态，即在桨叶周围液体为湍流状态，上下循环流仍为滞流，随雷诺数增大，其湍动程度增大。 D区间(NRe 1000) 整个釜内的上下循环流动都处于湍流状态。 无挡板时会引起漩涡。 当桨叶直径D与釜径T之比D/T＜0.1时，釜内流体虽为湍流状态，但上下循环流不会遍及整个釜内，易出现死角。;由于搅拌桨叶特性与釜内流体的流态有密切关系，在设计搅拌桨叶、釜型及釜内部构件时： 首先应使釜内没有死角，在釜内任何地方都有流体流动 很难做到！ 其次依操作目的，使釜内液体形成有效的流况和适当的流态 相对容易做到。 ;三、挡板与导流筒;打漩时；液体只随桨叶旋转而不产生横向或垂直的上下运动，没有发生混合的机会。 随搅拌转速加大，漩涡中心下凹到与桨叶接触。此时，外面的空气可进入桨叶而被吸到液体中，桨叶所接触的是密度较小的气液混合物，从而降低了搅拌效果。 搅拌轴偏心安装时，能减弱漩涡，提高轴向循环速率；但如果安装位置选择不当，会造成更大的打漩和反常漩涡，对搅拌轴造成危险的应力。 ;消除漩涡的方法;挡板的主要作用;挡板的其它形式： 如在釜中垂直安装的换热管、温度计套管也能起挡板的作用，但不及通常的挡板有效。 螺旋形蛇管也能产生有限的挡板效应，这种效应因装设蛇管的垂直支撑构件而略有增加，但往往还需要另装挡板。;2．导流筒;导流筒的安装;设置导流筒的作用;第三节 搅拌器的构形及选择;按物料流动的流况可分为 径向流动型 轴向流动型 按搅拌功能又可分为 液体混合或乳化型 固体颗粒悬浮型 气-液接触型 化学反应型 传热型等形式。 在化工操作中，一般按桨叶的构形加以分类。 ;主要搅拌器桨叶构形（一） ;;主要搅拌器桨叶构形（二）;2．桨式搅拌器;桨式搅拌器的特点;桨式搅拌器的特点;2．推进式搅拌器;2．推进式搅拌器;3.涡轮式搅拌器;涡轮式搅拌器的特点;涡轮式搅拌器的特点;涡轮式搅拌器的特点;4．螺杆及螺带式搅拌器;;螺杆/螺带式搅拌器旋转时 内螺杆迫使液体向下运动 外螺带则使液体向上运动，从而可使液体充分混合，不致产生停滞区。 外螺带还可与釜内壁很好地吻合，直接刮扫釜壁上的液体，有利于夹套式搅拌釜的传热。;二、搅拌器的选用;;;;选用搅拌器的一般原则 ;选用搅拌器的一般原则;2．非均相液体的混合(分散操作);3.固体悬浮;4．气体吸收及气液相反应;5.高粘度体系;图5-10 、5-11 搅拌器选型指南 ;第四节 搅拌功率的计算;计算搅拌功率的目的 ;一、搅拌过程的因次分析;在研究搅拌轴功率