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高黏流體的攪拌過程特征及對攪拌的要求

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2017 08 08

工業(yè)生產(chǎn)中高黏度流體的使用日漸增多,許多高分子聚合物都是高黏度流體,它們很多又是非牛頓流體,在攪拌過程中黏度還會(huì)發(fā)生變化,因而對攪拌器的要求就更高,要求攪拌器能夠適應(yīng)黏度的變化完成攪拌操作。高黏流體的攪拌常泛指互溶的高黏度液體間的混合。但高黏流體攪拌在工業(yè)中也有分散、固體溶解、化學(xué)反應(yīng)等多種非均相操作。

攪拌操作時(shí),用攪拌器對低粘度互溶液造成湍流并不困難,但黏度達(dá)到較高水平后,由于粘滯力的影響,就只能出現(xiàn)層流狀態(tài)。尤其困難的是,這種層流也只能出現(xiàn)在攪拌器的附近,離槳葉稍遠(yuǎn)些地方的高黏度液體仍是靜止的。這樣就很難造成液體在攪拌設(shè)備內(nèi)的循環(huán)流動(dòng),即在設(shè)備內(nèi)會(huì)有死區(qū)存在,對混合、分散、傳熱、反應(yīng)等各種攪拌過程十分不利。所以,高黏度液體攪拌的首要問題就是要解決流體流動(dòng)與循環(huán)的問題。在這種情況下,不能靠增大攪拌轉(zhuǎn)速來提高攪拌器的循環(huán)流量,因?yàn)榱黧w黏度較高時(shí),攪拌器拍出的流量很少,轉(zhuǎn)速過高還會(huì)在高黏度溶液中形成溝流,而周圍液體仍為死區(qū)。較為有效的解決辦法是設(shè)法使攪拌器推動(dòng)更大范圍的流體。因此,高黏度液體的攪拌器直徑與攪拌設(shè)備內(nèi)徑之比、槳葉的寬度與設(shè)備內(nèi)徑之比都要求比較大,有時(shí)還要求增加攪拌器的層數(shù),以增大攪拌范圍。

 從攪拌機(jī)理來看,在攪拌裝置層流區(qū)混合高黏度液體時(shí),液體單元經(jīng)受剪切細(xì)分作用被拉長、拉細(xì)或分割,隨著剪切時(shí)間的增加,逐漸達(dá)到混合。同時(shí),由于攪拌裝置內(nèi)剪切場不是均勻的,例如錨式攪拌器在錨與釜壁間的間隙區(qū)是強(qiáng)剪切區(qū),液體的混合速率較快,而釜中部區(qū)域則是低剪切區(qū),混合速率較慢,因此,高剪切區(qū)與低剪切區(qū)間的液體交換速率或液體在釜內(nèi)的循環(huán)能力也是影響混合的重要因素。

        此外,攪拌設(shè)備內(nèi)流體的速度波動(dòng)也能促進(jìn)混合。換言之,高黏度液體的混合速率主要取決于攪拌器與釜壁表面間的相對運(yùn)動(dòng)速率及相互之間的距離,為此也要求用于高黏流體的攪拌器,攪拌器直徑與攪拌設(shè)備內(nèi)徑的比值都相當(dāng)大。實(shí)際生產(chǎn)過程中,常用的黏性流體攪拌器有錨式攪拌器、螺帶式攪拌器、框式攪拌器等。


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