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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，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，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。

锚、框式搅拌器的种类和构造

对于某些高黏度流体的搅拌来说，锚、框式搅拌器是非常关键的。

为了增大搅拌范围和带走罐壁上的残留物或液层，锚式与框式搅拌器的外廓要接近搅拌罐的内壁．其底部的形状为适应罐底的轮廓也有椭圆、锥形等。为了增大对高黏度物料的搅拌范围以及提高叶轮的刚性，还常常要在锚式及框式搅拌器上增加一些立叶和横粱，这样使得锚式与框式搅拌器的结构形状出现多种多样。为了照顾制造上的条件，桨叶外廓与罐壁的间隙取15-40mm之间。

锚式、框式搅拌器与搅拌轴的连接方式类似于桨式，即叶轮与搅拌轴连接的一端制成半圆状的轴环，然后两侧叶片的两个半圆环用螺栓在搅拌轴上夹紧，同时用穿轴螺栓来固定叶片与搅拌轴（见图2-59）。由于叶轮的外廓尺寸大，为便于装拆，叶片之间多数是用螺栓连接，只有小型的才用铸造或焊接，叶轮以扁钢、角钢制造居多，为了提高搅拌器叶轮的强度，也可采用加筋的叶轮（参见图2-59和图2-60）。

搪玻璃搅拌罐中的锚式叶轮多是用钢制圆管或扁管焊接而成，其外壁搪玻璃(见图2-61)。

锚式、框式叶轮的通用尺寸为桨宽与桨径之比，桨的高度与桨径之比通常为0.5—1.O。桨上增加立叶与横梁时，须考虑不致妨碍工艺上的测温要求等，搅拌器立叶与横梁的宽度可取与叶片宽度同值。

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巨大的负效应。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。这些特征可以显著地影响混合行为。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，由于搅拌的离心作用，流体在搅拌器内呈漩涡状；与此相反，螺带式搅拌器，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，不锈钢搅拌器，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，水处理搅拌器，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，黄南藏族自治州搅拌器，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。