【文章內容簡介】 ≠0 ， q值由下式計算： ? q＝ (α lgNRe/β) (5 12) 表 51 、表 52 ? 針對各種槳葉的攪拌特性，許多研究者提出了各種功率曲線圖可供使用。 ? 其中，較通用的是由 Rushton等人提出的功率函數(shù) Φ ～ NRe曲線，如圖 513所示（ p155）。 ? 提示： ? 利用功率曲線圖計算攪拌功率消耗時，應注意圖中各曲線的適用范圍，如果應用時與圖 513中所列條件偏離較遠時，將會引起較大的誤差。 [例 51] ? 在一直徑為 ，液深為 ，內裝有 4塊擋板(Bw/T＝ )的反應釜內，反應液的密度為1300kg/m3，粘度為 13 103Pas ，今用一三葉推進式攪拌器 (D＝ ， S/D＝ 1)以 300轉 /分的轉速進行攪拌，計算 ? (1)攪拌軸功率消耗。 ? (2)若改用同樣直徑的六葉平直圓盤渦輪，轉速不變，攪拌功率是多少？ ? (3)若釜內不設擋板，仍采用六葉平直圓盤渦輪時，其攪拌功率是多少 ? ? [解 ]: ? (1)計算攪拌雷諾數(shù) ? 由圖 513曲線 2得 Φ ＝ ，因有擋板， NRe＞ 103，Np=ΦN Frq=Φ= （ q＝ 0） ? (2)由 513曲線 6查得 Φ ＝ ， NP=Φ= 224Re 33001300 ND 60N 8 1013 10 ????? ? ? ??? 33 5 5p300P N N D 1300 533W kW60??? ? ? ? ? ? ? ?????33 5 5p300P N N D 1300 10480 W 60??? ? ? ? ? ? ? ????? ? (3)無擋板， NRe＞ 300，有漩渦，查表 52得 α＝ ， β ＝ ，代入式 (512)計算指數(shù) q： ? 由圖 513曲線 5查得 Φ ＝ ， Rel g N l g 80000q 40?? ?? ? ? ??22Fr300ND 60N g ???????? ? ? ? ?Fr 0. 09 76qpN N 2 98?? ? ? ? ? ?33 5 5p300P N N D 1300 1990 W kW600??? ? ? ? ? ? ? ? ????? 三、非均相體系攪拌功率計算 ? 對于氣 液、液 液、液 固等非均相體系，其攪拌功率計算一般可參照均相液體攪拌功率的計算方法，并加以修正。 ? 1．氣 液體系 ? 液體中通入氣體，降低了被攪拌液體的有效密度，因此也就降低了攪拌功率。永田對六葉渦輪攪拌釜在廣泛通氣流率范圍內研究了對攪傳功率的影響，得到如下關聯(lián)式 (519) : 1. 96D0. 1154. 38 22 T30D N D D N ql g 192T g N DgPP?? ? ? ? ??????? ? ? ? ??? ???? ? ? ??? ? 式 (519)中， Pg和 P0分別為通氣和不通氣條件下的攪拌功率， q為通氣速率 [m3/s]。 ? Calderbank用六葉平直渦輪在全擋板攪拌釜中研究了通氣系數(shù) G與攪拌功率的關系，得到如下關聯(lián)式 : ? Pg/P0=。 G 102 (520) ? Pg/P0=。 ? 102G11 102 (521) ? 式中， G=q/ND3，見圖 514（ p158）。 ? 顯然，只要算出不通氣時均相液體的攪拌功率，通過該式（圖）就能方便地計算通氣條件下的攪拌功率。 ? 當大量通入氣體時，開始出現(xiàn)大氣泡，功率消耗不再明顯變化，該狀態(tài)稱“液泛”。 圖 514 攪拌的功率比 Pg/P0與通氣系數(shù) G的關系 Pg/P0 第五節(jié) 攪拌器的流動特性及轉速計算 ? 在攪拌器作用下，流體在釜內按一定的流況作循環(huán)流動，攪拌器的流動特性也稱循環(huán)特性，是影響攪拌效果的重要因素。 ? 一、攪拌器的循環(huán)特性 ? 攪拌槳葉旋轉時，液體從中心吸入，經離心力作用從葉端排出，如同離心泵一樣將液體泵出。 ? 單位時間內從槳葉排出的流量 qd稱為攪拌槳葉的排出流量或泵送能力。 ? 排出流量 qd可按液體離開槳葉的平均速率 u和槳葉掃過面積的乘積來計算。 ? 槳葉掃過的面積與槳葉直徑 D2成正比，而平均速率又正比于葉端速度 (πND) ，故可得 ? qd=NqdND 3 (538) ? 式中的比例系數(shù) Nqd稱為排出流量數(shù)或泵送準數(shù)。 ? 排出流量數(shù) Nqd包含了流體的流速和攪拌器的泵送能力，反映了攪拌的劇烈程度。 ? 排出流量數(shù)與功率準數(shù)相類似，也是攪拌雷諾數(shù)的函數(shù)。 渦輪攪拌器 排出流量數(shù)與雷諾數(shù)的關系 圖 517渦輪攪拌器排出流量數(shù)與雷諾數(shù)的關系 ? 在層流時， qc≈qd；湍流時， qc＞ qd。 ? 與排出流量數(shù)相類似，可用循環(huán)流量數(shù) Nqc來表征攪拌槳葉的循環(huán)特性 ? Nqc=qc/ND3 (540) ? 在湍流域時，它們的關系為 ? Nqc= Nqd{1+[(T/D)21]} (541) ? 影響 Nqd及 Nqc的主要因素是雷諾數(shù)及槳葉特性。 ? 若用循環(huán)次數(shù) N c或循環(huán)時間 tc來表征攪拌器的循環(huán)特性更為直觀。 ? N c =qc/V＝ NqcND3/V (546) ? tc=1/Nc (547) ? 式中， V為攪拌釜內流體的體積。 ? 循環(huán)次數(shù) N c是一個很重要的攪拌參數(shù)，通常可用以判別攪拌強度。 ? 普通攪拌 N c ＝ 3～ 5次 /分 ? 強烈攪拌 N c ＝ 5～ 10次 /分 ? 習慣上用排出流量數(shù) Nqd與功率準數(shù) Np的比值來判斷槳葉的流動特性： ? 當 Np/Nqd＝ 1~2時，為循環(huán)型槳葉； ? 當 Np/Nqd＞ 3 時，為剪切型槳葉。 二、攪拌轉速的確定 ? 攪拌器設計首先要考慮反應體系對攪拌效果的要求： ? 本體聚合及溶液聚合要求達到混合和攪動。 ? 懸浮聚合更要求分散和懸浮，以形成穩(wěn)定的懸浮體系。 ? 從攪拌效果來看，可將攪拌操作分成 混合攪動型 和 懸浮型 兩大類。 ? 攪拌釜內流體的流速分布和攪拌轉速密切相關。 ? 攪拌轉速的確定取決于對攪拌的具體要求。 ? 如在連續(xù)攪拌反應釜中，應確保進料有效混合，此時攪拌槳葉應有足夠的泵送能力。 1．混合和攪動型攪拌轉速的確定 ? 對于混合和攪動類型攪拌過程的強烈程度按相互混合液體的 粘度差和密度差 來區(qū)分。 攪拌強烈程度分為 10級 ，表 55列出 10個攪拌等級的劃分標難。 設計混合、攪動型攪拌裝置的步驟 ? (1)根據(jù)生產任務 確定 攪拌釜容積和釜徑 T； ? (2)選定槳葉直徑與釜徑比值 D/T，初步求出槳葉的直徑 D； ? D/T的比值一般在 ～ 。實際使用時常用的槳葉 D/T比值范圍如下： ? 平槳 ～ ? 渦輪 ～ ? 推進式 ～ ? (3)根據(jù)所得攪拌程度 確定 攪拌等級和總體流速 u； ? (4)計算攪拌槳葉的排出流量 qd＝ uπT 2/4； ? (5)運用雷諾準數(shù) NRe和排出流量數(shù) Nqd關系圖 (見圖 517， p162)， 計算攪拌槳葉轉速 N； ? 首先假設在湍流區(qū)，由圖 517查得 Nqd，從而初選出轉速 N，根據(jù)初選出的 N值計算 NRe后，再從圖上讀出 Nqd，通過反復試差校正，可計算出合適的轉速； ? (6)對攪拌槳葉直徑進行粘度校正 ，校正因數(shù) CF列于表 56。 De＝ D/CF，其中， De表示槳葉經校正后的直徑； ? (7)計算攪拌槳葉的軸功率消耗 [例 52] ? 一個容積為 40m3貯槽，容納幾臺分批反應器的產物，產物密度為 ，最大波動為 。粘度為s 。各批產品間粘度無明顯變化，產品在貯槽中至少存放兩天。槽徑 ，直邊高 ，碟形底。試設計攪拌裝置。 ? [解 ] 各批物料的密度差別小，粘度無明顯變化，對均勻程度沒有提出特別要求，存放時間又長，攪拌強度可選用一級。 ? 由表 56查得，總體流速 u＝ ，則排出流量為 ? qd=u(πT 2/4)=( )=? 若選用六葉渦輪槳葉，取 D/T＝ ，則 ? D＝ ＝ ＝ ? 計算攪拌轉速，利用圖 517，假設為湍流操作， ? 由 D/T＝ ，查得 Nqd＝ ，從而 ? N=qd/(NqdD 3)=（ ） = ? 此時的雷諾數(shù)為： N=ρND 2/μ ? ＝ 1000（ ）（ ） 2/=809 ? 由圖 517讀出， Nqd約為 ，重新計算轉速 ? N=qd/(NqdD 3)=( )= ? 由此，得雷諾數(shù)： ? NRe=ρND 2/μ=1050()() 2/=994 ? 由圖 517讀出，此時的 Nq≈ ，重新計算轉速得： ? N={()3}= ? 計算雷諾數(shù)： ? NRe=1050()()2/=965 ? 再從圖 517讀出， Nq≈ ，與上一個設定的 Nqd相近，故攪拌槳葉轉速可確定為 N=。 ? 對槳葉直徑進行粘度校正：由表 56看出，當 NRe為 965時 (＞ 700)， CF＝ 1，也即槳葉直徑不需校正，仍取 D＝ 。 表 56 槳葉直徑的粘度校正因數(shù) CF 雷諾數(shù) NRe 700 500 400 300 200 校正系數(shù) CF 150 100 80 70 60 50 2．顆粒懸浮型攪拌轉速的確定 ? 顆粒懸浮型攪拌器一般是按顆粒懸浮問題來處理，按懸浮程度的要求計算攪拌槳葉的尺寸和轉速，而顆粒懸浮系統(tǒng)的攪拌難度，則決定于懸浮粒子的沉降速率。 ? Stokes曾對 單顆光滑球形粒子 的沉降進行研究，并提出極限沉降速率的計算式。 ? 但對實際體系，情況遠非如此，主要由于： ? 顆粒多，不再是單顆 ? 粒經不均一，存在粒經分布 ? 形狀不規(guī)則，不一定都是球形 ? 表面也不可能都是光滑的 ? 所以計算式的應用受到限制。 ? 比較實用的方法是將： ? 粒子的平均粒徑 dp ? 極限沉降速率 ut ? 顆粒與懸浮介質密度差 三者 之間的關系整理成圖，如圖 519所示。 ? 由圖 519可直接查得顆粒的極限沉降速率。 圖 519 球形顆粒在液體中自由沉降的極限沉降速率圖 ? 懸浮類型攪拌強烈程度，也可劃為 10個等級，表 57列出 10個攪拌等級的劃分標準。 ? 攪拌級別 (懸浮程度 )與有關下列因素： ? 顆粒的沉降速率 ? 槳葉直徑 ? 轉速 ? 槳葉的轉速愈高，直徑愈大，顆粒的沉降速率愈小，所獲得的懸浮程度愈高。 ? 即： 懸浮程度 (攪拌級別 )∝N nDm/ud (548) ? 式中 ud為設計沉降速率。 表 57 不同攪拌級別的攪拌效果 (顆粒懸浮型 ) ? 圖 520為攪拌級別與槳葉直徑、轉速及顆粒設計沉降速率的關系。 ? 圖中的橫坐標以 Φ ＝ 。 ? 利用圖 520，在確定了攪拌級別，槳葉直徑設計沉降速率后，可以計算攪拌槳葉的轉速。