






化工搅拌器中低粘度互溶液体搅拌
黏度是流体的一种属性。流体在管路中流动时,有层流、过渡流、湍流三种状态,化工搅拌器中同样也存在这三种流动状态,而决定这些状态的主要参数之一就是流体的黏度。在搅拌过程中,一般认为黏度大于50pa.s的为高黏度流体,在此以下则统称为低黏度,有时将黏度在5~50pa.s范围内的液体称为中黏度流体。
低黏度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,它是搅拌器工作中基本的一种搅拌工况。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。
低黏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,低黏度互溶液体的混合属于容易完成的过程。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。
低黏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,低黏度互溶液体的搅拌首先要求提供足够的循环量,不锈钢搅拌器,避免在器内出现死区,使所有搅拌液体都能产生快速对流循环运动。其次,还要求化工搅拌器造成的液体湍流强度或剪切速度要大,尤其是当两种液体黏度相差比较大时,剪切的存在将有利于高黏度液体在器中的分散,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,立式搅拌器,少量液体的加料位置是很重要的,理想的位置是叶轮区,双相钢搅拌器,或是在叶轮吸入口附近,以---进料能很快通过叶轮,促使搅拌液体很快达到浓度均化。


黏弹性流体对搅拌器的影响
黏弹性流体行为可以对搅拌器的混合作用产生---的负效应。黏弹性流体的典型特征是具有法向应力差、弹性回缩、应力突增(overshoot)现象。这些特征可以---地影响混合行为。黏弹性流体流场中力学特征明显地不同于其他流体。
对于牛顿流体,汕头搅拌器,由于搅拌的离心作用,流体在搅拌器内呈漩涡状;与此相反,黏弹性流体在搅拌过程中明显的特性是具有弹性。
弹性是材料在受力形变时试图维持原来的形状或形变试图恢复原来的形状的一个特性。因此在搅拌操作中,弹性使材料试图维持原来的形状而不产生混合。黏弹性流体在运动时,总是产生垂直于剪切面的法向应力差,该法向应力差会引发二次流,促使搅拌器中的流体产生爬杆现象——weissenberg效应,即由搅拌器叶片端部吸入流体,沿搅拌轴方向排出。
1974年,ulblecht曾对有关圆球、圆盘和搅拌器在黏弹性流体中旋转时产生的二次流流型进行了实验研究,实验表明:球在无弹性流体中旋转时,由于惯性力使流体沿搅拌轴吸入,再在球表面由惯性抛出,形成轴向循环,然而在弹性强的黏弹性流体中,由于法向应力的存在会产生相反方向的流动,当两种力刚好平衡时,会在球表面形成一个孤立的漩涡,在此漩涡内的流体与釜内其余流体不混合。 在黏弹性流体的搅拌中,使用螺杆-导流筒、锚式、框式搅拌器,是比较合适的。



当插入挡板后,波面的凹陷消失,如图2-2中d1,此时周向速度---减低,而径向速度和轴向速度都增加,有研究表明,插入挡板后,可使垂直循环流速为无挡板时的4倍。
推进式叶轮所造成的流动状态也有层流、过渡流以至湍流等,也因re数大小而异。轴流型叶轮的排出流方式与径流型的不同,它的流型是在轴方向有很大的排出流量,---是罐内有挡板或导流筒后,水平回转流更弱,主要是轴向的上下循环流。轴流型叶轮与径流型叶轮相比,前者可以在消耗动力较小的情况下获得较大的循环流量。
高黏度液体的流动状态与低黏度液体是不同的。当液体处在高黏度时,多为层流流动。这时仅在叶轮的近旁才发生液体的流动,离开叶端一段距离则液体的流速就急速降低,直至仍然保持静止状态。由于re数的降低。这时轴附近的“固体回转部”几乎不存在,而罐内流动型式和搅拌叶轮的运动轨迹有直接关系如图2-5。如锚式叶轮在层流时所造成的基本上是水平方向的回转涡流。螺杆式使流体螺旋下降(或上升)为主,加上导流筒后,就可形成筒内外的上下循环流。双螺带式能够使液体产生较复杂的四周螺旋上升再沿搅拌轴下降的流动型式。


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