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拌装置中的搅拌体系分析

今天我们来分享一下搅拌器放大过程中的搅拌体系分析。通常来说，搅拌器的搅拌体系中某一点的状态可以通过一系列状态变量来表示。如温度、压力、流速、浓度等。作为一种基本方法，一个复杂的体系常常可以分解成几个简单的子体系进行实验和分析，从而使所获得的基本数据更有表征的价值，如在小试和模试中通常将反应和传递因素进行单独研究。但是被分离的变量之间常常存在互动和耦合效应，所以中试时经常将它们重新合并研究。如果两个子体系之间的连接是单方向的（比如i到j，防腐搅拌器，j体系的输入=i体系的输出），则两个体系通常是独立的。对于两个变量是明显互相耦合在一起的，要避免将它们分离研究，或必须研究它们之间的耦合效应。举例来说，可以将一个复杂的化工过程分成进料段、反应段和后处理段进行分离研究，其中搅拌器的反应器往往是复杂的单元器，但难以再继续细分。

当体系确定，输入变量、输出变量、作用参数等随之可以确定。比如，输入变量可以包括进料中的化学组成和纯度等。输出变量可以包括流出物的化学组成，流出速率等。作用参数包括进料速率、催化剂类型、反应器进口温度、反应器进口压力、再循环流率等。当完成对子体系的定义后，需要对单个子体系进行研究，即小试研究。当小试完成后，需要考虑放大到模试。在模试阶段，铜仁搅拌器，除了考虑与小试过程同样关心的变量——转化率外，还要考虑副反应问题、热力学平衡、物理性质、化学平衡、热传递、相间和相内的质量传递、流体或固体的流动等。

螺杆式搅拌器:螺杆搅拌器适合于高黏度介质的搅拌，具有一个或多个叶片，叶片螺距与搅拌器直径相等。与螺带式不同，它保证了中心部分流体的流动，但近壁处流体的流动状况较差。搅拌器直径d与容器内直径D之比为0.3。螺杆常与螺带组合在一个轴上，称为螺带-螺杆式搅拌器，这时螺杆直径可适当增加，其比值可到d/D=0.5。螺杆与螺带的螺旋方向相反，螺杆推动液体向下，螺带推动液体向上，造成液体的全罐混合均匀。螺杆式搅拌器还可以和导流筒组成搅拌系统，该组合式搅拌器在层流区和过渡流区都有很高的混合效率，适用于随反应进行，物料黏度逐渐增大，由过渡流至层流的溶液聚合等反应。当热负荷较大时，导流筒筒壁可通入换热介质，反应釜搅拌器，增加换热面积。

罐中液体的循环流动是达到物料混合所的流动状态，而湍流扩散、剪切流又是某些搅拌过程快速进行达到搅拌目的所需要的。虽然某种合适的流动状态也要靠搅拌罐及其他附件来共同造成，但是叶轮的形状与运转情况仍可以说是决定罐内流动状态的基本的因素。

各种搅拌叶轮形状按搅拌器的运动方向与叶轮表面的角度可分为三类，即平叶、折叶和螺旋面叶。桨式、涡轮式、锚式、框式等的叶轮都是平叶或折叶，而推进式、螺杆式、螺带式的叶轮则为螺旋面叶。　　平叶的桨面与运动方向垂直，即运动方向与桨面法线方向一致。折叶的桨面与运动方向成一个倾斜角度；一般这个倾斜角度为45或60度等。螺旋面叶是连续的螺旋面成其中一部分，叶片曲面与运动方向的角度逐渐变化，如推进式叶片的根部曲面与运动方向一般可为40-70度，而其叶端的曲面与运动方向的角度较小，一般为17度左右。　　由于平叶的运动方向与桨面垂直，所以当叶轮低速运转时，液体的主要流动为水平环向的流动。

当叶轮转速增大时，液体的径向流动就渐渐增大。叶轮转速愈高，由平叶排出的径向流愈强。但只靠叶轮本身，它造成的轴向流动还是很弱的。折叶由于桨面与运动方向成一定倾斜角，所以在叶轮运动时，除有水平环流外，还有轴向分流。在叶轮转速增大时，还有渐渐增大的径向流。螺旋面可以看成是许多折叶的组合，这些折叶的角度逐渐变化，所以螺旋面的流向也有水平环向流、径向流和轴向流，其中轴向流量大。

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