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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。

搅拌器附件——导流筒

导流筒是种非常重要的搅拌器附件，导流筒主要用于推进式、螺杆式搅拌器的导流，涡轮式搅拌器有时也用导流筒。导流筒是一个圆筒形，紧包围着叶轮。可以便叶轮排出的液体在导流筒内部与外部（导流筒与罐的环隙内）形成上下的循环流动。应用导流筒可使流型得以严格控制，还可得到高速涡流和高倍循环。导流筒可以为液体限定一个流动路线，防止短路；也可迫使流体高速流过加热面，利于传热。对于混合和分散过程，导流筒也都能起到强化作用。根据推进式、螺杆式搅拌器的旋向和转向，可使液体有不同的循环方向。较多的流向是导流筒内液体向下，外面环隙内液体向上。在涡轮式搅拌器所用的导流筒内侧，不锈钢搅拌器，设有与桨叶同等数目或更多的折叶片，折叶角度随操作目的而异，例如气-液相操作中，双相钢搅拌器，折叶使气-液相在导流筒内向下流动；在固-液相操作中，折叶使固-液相在导流筒内向动。

影响搅拌器输入能量和流动场的主要因素

搅拌的过程其实就是通过搅拌器叶片的旋转向内容器内的流体输入机械能，上饶搅拌器，使流体获得合适的流动场，在流动场内进行动量、热量、质量的传递或者同时进行化学反应的过程。因此，流动场和输入能量总是设计与选用搅拌器时关心的问题，具体表现为：不同操作目的的搅拌过程就需要不同的流动场，在搅拌过程中需要提供给流体以多大的能量；而各种搅拌器在不同的操作条件下能产生什么样的流动场，供给多大的能量等一系列问题。搅拌器的选型和设计其实就是针对这种需要和可能的匹配。

下面我们来看看影响流动场和输入能量的主要因素.

影响流动场和输入能量的主要因素有以下三种。

1.搅拌器的结构型式，主要与釜型、搅拌器和内构件的形状及数量等有关。其中搅拌器和内构件的搭配方式产生的影响非常大。例如，对于低黏度流体，用一个八平叶桨式搅拌器进行搅拌。在相同转速下，有挡板时的输入功率和排量分别是无挡板时的10倍和4倍。

此外，无档板时流体的流动以水平环向流为主，而有挡板时则以轴向循环流为主。

2.搅拌器的转速搅拌器的工作原理与泵的叶轮相同，所产生的压头与转速N的平方成正比，提高搅拌器的转速．即可提供较大的压头。

3.被搅物料的特性，主要包括密度、流变行为、表面张力、相分率以及分散相尺寸等。搅拌过程的特性特别强烈地取决于物料的流变特性，如黏度等。