第3章　液体的搅拌

3.1　复习笔记

一、概述

1．液体搅拌目的

化工生产中经常需要进行液体的搅拌，其目的大致可分为：

（1）加快互溶液体的混合；

（2）使一种液体以液滴形式均匀分散于另一种不互溶的液体中；

（3）使气体以气泡的形式分散于液体中；

（4）使固体颗粒在液体中悬浮；

（5）加强冷、热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热。

搅拌之所以能达到以上目的，是因为物料的不同部分经搅拌而相互掺和，形成具有某种均匀程度的混合物的缘故。

在工业上达到以上目的最常用的方法是机械搅拌。机械搅拌的装置如图3-1所示，它由搅拌釜、搅拌器和若干附件所组成。

图3-1

2．搅拌器的类型

针对不同的物料系统和不同的搅拌目的，搅拌器的结构型式很多，按工作原理可分为两大类：

（1）旋桨式

工作原理与轴流泵叶轮相同，具有流量大，压头低的特点，液体在搅拌釜内主要作轴向和切向运动。

（2）涡轮式

工作原理则与离心泵叶轮相似，液体在搅拌釜内主要做径向和切向运动，与旋桨式相比具有流量较小、压头较高的特点。

二、混合机理

1．搅拌器的两个功能

为达到均匀混合,搅拌器应具备两种功能：

（1）在釜内形成一个循环流动，称为总体流动；

（2）同时希望产生强剪切或湍动。

2．两种混合

（1）釜内的总体流动与大尺度的混合； 

（2）强剪切或高度湍动与小尺度的混合。 

三、搅拌器的性能

1．几种常用搅拌器

（1）旋桨式搅拌器；

（2）涡轮式搅拌器；

（3）大叶片低转速搅拌器。

2．强化湍动的措施

（1）提高搅拌器的转速

（2）阻止容器内液体的圆周运动

　 其方法如下：

①在搅拌釜内装挡板；

②破坏循环回路的对称性。

（3）导流筒 

四、搅拌器的放大

1．搅拌器的设计

搅拌器的设计主要包括：

（1）确定搅拌器的类型以及搅拌釜的几何形状，以满足工艺过程的混合要求；

（2）在此基础上确定搅拌器的具体尺寸、转速和功率。

搅拌器的类型一经确定，下一步工作就是将选定的小型搅拌装置按一定准则放大为几何相似的生产装置，即确定其尺寸、转速和功率。所用放大准则应能保证在放大时混合效果保持不变。

2．搅拌器的放大准则

（1）保持搅拌雷诺数不变

因物料相同，由此准则可导出小型搅拌器和大型搅拌器之间应满足

n₁d₁2＝n₂d₂2 

下标1、2分别表示小型、大型搅拌器。

（2）保持单位体积能耗不变

V₀系指釜内所装液体量，V₀∝d3。由此准则可导出充分湍流区小型和大型搅拌器之间应满足

n₁3d₁2＝n₂3d₂2 　

（3）保持叶片端部切向速度πnd不变

由此可导出小型和大型搅拌器之间应满足

n₁d₁＝n₂d₂

（4）保持搅拌器的流量和压头之比值不变

据此准则，可导出小型和大型搅拌器之间应满足下述关系

至于针对具体的搅拌过程究竟哪一个放大准则比较适用，需通过逐级放大试验来确定。

必须指出，有时常会出现以上四个放大准则皆不适用的情况，此时，必须进一步探索放大规律，再行放大。实验结果表明，在满足几何相似的条件下，按平均直径相同与按离散度相同原则选择的转速并不一致，在几何相似放大时，不可能获得相同的液滴大小分布，为了获得相同的液滴大小分布应该放弃几何相似的原则。

大型搅拌器的功率可根据小型试验装置的功率曲线来确定。