《化工原理》第四章 液体搅拌

第四章 液体搅拌1．采用六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器搅拌某种黏稠液体。

该液体密度ρ=1 060 kg/m 3，黏度μ=42 Pa ·s 。

搅拌槽直径D =1.2 m ，叶轮直径d =0.4 m 。

已测得达到预期搅拌效果要求叶端速度u T =2.65 m/s 。

试求叶轮的转速及搅拌功率。

解：根据题给条件，借助图4-8中曲线6进行计算。

（1）叶轮转速n =T 2.65π0.4πu d =r/s=2.11 r/s （2）搅拌功率Re =42106011.24.022××=μρn d =8.52 (层流区) 由 Re =8.52从图4-8中曲线6读得，Φ=9。

用式4-11计算P ，即P =Φρn 3d 5=9×1060×2.113×0.45W=918 W 或 用式4-10计算N ，取K 1=71 则P =K 1 μn 2d 3=71×42×2.112×0.43W=850 W2．用例4-1附图中所示的搅拌槽来搅拌固体颗粒在20 ℃水中的悬浮液。

固相密度ρs =1600 kg/m 3，体积分数x ν=0.12。

槽内径D =3 m ，叶轮转速n =1.5 r/s 。

试求搅拌功率P 。

解：对于悬浮液，用平均密度ρm 和黏度μm 作为物料的物性参数，采用均相物系搅拌功率的方法进行计算。

20 ℃水的物性参数为ρ=998.2 kg/m 3，μ=1.005 mPa ·sρm =ρs x v +（1–x v ）ρ=[1600×0.12+(1–0.12)×998.2] kg/m 3=1070 kg/m 3 ε=12.0112.0−=0.1364＜1μm =(1+2.5ε)μ=(1+2.5×0.1364)×1.005 mPa ·s =1.348 mPa ·sRe =2mmd n ρμ=3210348.110705.1331−×××⎟⎠⎞⎜⎝⎛×=1.19×106(湍流区) 查图4-8中的曲线6得到，Φ=P N =6.6则 P =Φρn 3d 5=6.6×1070×1.53×15W=23.83×103W ≈24 kW3．在习题2的搅拌设备中搅拌密度ρ=880 kg/m 3，黏度μ=0.66 Pa ·s 的均相混和液，要求叶轮的叶端速度u T 不低于5 m/s ，槽内径D 仍为3 m 。

《化工原理》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260353课程名称：《化工原理》英文名称：Principles of Chemical Engineering课程类别：专业基础课学时：90学时，化工原理（上册）40，化工原理（下册）40，实验10学分：4个适用对象：环境工程专业考核方式：期末考试成绩（占70%）加平时成绩（占30%），其中期末考试为闭卷考试，平时成绩包括考勤，作业、实验和平时测验等。

先修课程：数学、物理、化学、物理化学二、课程简介中文简介：化工原理课程属化学工程技术科学学科，是理论性和实践性都很强的学科，是环境工程专业必修的一门专业基础课程。

本课程的总学时为90学时，其中80学时为课堂教学，而10个学时为实践教学。

其中课堂教学章节和实验教学内容都是按环境工程专业的专业特点而设定的，而与环境工程专业关系不为紧密的则建议自学。

英文简介：Chemical engineering is a technology of chemical engineering subdiscipline. This course specialize in strong theory, practice and is a compulsory courses to environmental engineering specialty. The total period is 90, including 80 period classroom teaaching and 10 period practice teaching. The content of this course is arranged according to the characteristics of environmental engineering. It is suggested that those content that has little relation with environmental engineering should be self-studied.三、课程性质与教学目的(一)课程性质《化工原理》是环境工程专业一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。

液体搅拌知识点总结一、液体搅拌的基本概念液体搅拌是指利用机械搅拌设备对液体进行混合、搅拌、均质等操作的工艺。

液体搅拌可以改善反应速率、提高混合均匀度、加速传质过程等，是化工、制药、食品等生产过程中常见的操作。

液体搅拌的基本目的是实现液体的均匀混合，将各种原料均匀分散在整个搅拌系统中，以满足工艺生产的要求。

在液体搅拌过程中，需要克服各种因素对搅拌效果的影响，包括流体力学特性、搅拌设备选型、操作技巧等。

液体搅拌涉及到多种流体力学原理，包括雷诺数、黏度、湍流等，通过对流体力学特性的分析，可以有效地优化搅拌工艺，提高搅拌效果。

二、液体搅拌的流体力学特性1.雷诺数雷诺数是流体力学中描述湍流和层流之间转变的重要参数。

在液体搅拌过程中，雷诺数的大小直接影响着湍流的发生和搅拌效果。

当雷诺数较小时，流体呈现层流状态，搅拌效果较差；当雷诺数较大时，流体呈现湍流状态，搅拌效果较好。

因此，通过控制搅拌速度、液体密度、粘度等参数，可以有效地控制雷诺数，达到理想的搅拌效果。

2.黏度黏度是流体的物理特性之一，描述了流体的阻力大小。

在液体搅拌过程中，黏度直接影响着流体的搅拌效果。

黏度较大的流体在搅拌过程中会产生较大的阻力，需要更大的搅拌功率才能实现均匀混合。

因此，对于黏度较大的液体，需要选择功率更大的搅拌设备，以满足搅拌的要求。

3.湍流湍流是流体力学中的一种特殊状态，湍流状态下流体呈现出较大的涡旋和不规则的流动特性。

在液体搅拌过程中，通过控制搅拌速度、搅拌器形式等参数，可以促使流体迅速进入湍流状态，以加快混合速度，提高搅拌效果。

三、液体搅拌设备的选型1.搅拌器形式搅拌器是液体搅拌中最关键的设备之一，根据不同的工艺要求和液体特性，可以选择不同形式的搅拌器，包括桨式搅拌器、推进式搅拌器、离心搅拌器等。

不同形式的搅拌器具有不同的搅拌特性，需要根据具体情况进行选择。

2.搅拌速度搅拌速度是影响搅拌效果的重要参数之一，根据不同的液体特性和工艺要求，需要选择合适的搅拌速度以实现理想的搅拌效果。

化工原理流体流动的应用及实例1. 简介流体力学是研究流体运动规律的科学，广泛应用于化工工程中。

在化工过程中，流体的流动对于反应速率、传热效果和工艺效率等方面都起着重要作用。

本文将介绍化工原理中流体流动的应用及实例。

2. 流体流动的分类在化工领域中，流体流动可以分为两类：衡流和非衡流。

2.1 衡流衡流是指流体在管道内的流动，具有稳定的流速和压力分布。

它满足连续性方程、动量方程和能量方程。

衡流流动可以通过流速、流量和压降等参数来描述。

2.2 非衡流非衡流是指流体在化工设备中非常复杂的流动情况，包括回流、湍流、涡流等。

非衡流较难用传统的流体力学方程来描述，通常需要借助数值模拟等方法进行分析。

3. 流体流动的应用流体流动在化工过程中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 液体搅拌在化工工艺中，往往需要将不同组分的液体充分混合，以实现化学反应或增加反应效果。

液体搅拌是一种常用的方法，通过产生旋涡和湍流，使不同组分快速混合。

常见的液体搅拌设备有搅拌罐、搅拌桨等。

3.2 气体输送在化工过程中，常常需要将气体从一个设备输送到另一个设备，如将废气排放到废气处理系统中。

气体输送需要考虑管道阻力、泵站、阀门等因素的影响，以确保气体顺利输送。

3.3 流体分离在一些化工过程中，需要将混合物中的不同组分进行分离，以实现纯化或回收。

常见的分离方法包括离心分离、膜分离等。

通过合理设计分离设备，可以实现高效的流体分离。

3.4 流体反应化工反应通常需要在特定的流体环境下进行，以实现理想的反应速率和产物选择性。

流体流动可以通过改变反应器的结构和内部流动形式，调控反应条件和传热效果，从而达到理想的反应效果。

4. 实例分析4.1 反应塔反应塔是一种常见的化工设备，用于进行气液或液液相的反应。

在反应过程中，通过改变反应塔内部的流动形式和液滴分布，可以实现理想的反应条件。

例如，在苯和氯气反应过程中，通过调节氯气的进料位置和流量，可以控制苯的氯化程度。

三、液体的搅拌
3.1 概述
搅拌的目的：1.互溶液体的均匀混合；2.多相物系的分散和接触（气泡分散于液体中、液滴分散于不互溶液体中、固体颗粒悬浮于液体中）；3.强化传热
分类：
1.旋浆式搅拌器：流量大、压头低；主要做轴向运动、切向运动；
（旋浆式搅拌器，螺带式搅拌器，锚式搅拌器，框式搅拌器）
2.涡轮式搅拌器：流量小，压头高；主要做径向和切向运动；
（涡轮搅拌器，平直叶搅拌器）
混合效果度量：1.调匀度（互溶液体AB），与取样尺寸有关；
2.分隔尺度（气泡、液滴、固体颗粒大小和直径分布）
3.2 混合机理
总体流动：搅拌釜内形成的循环流动，将流体输送到釜内各处，实现大尺度宏观混合
强剪切或高速湍动：产生剪切力场或漩涡，小尺度宏观混合，促进微观混合
低粘度流体混合：总体流动和高度湍动（混合机理），最小液团尺度在10μm级高粘度及非牛顿流体：充分的总体流动（混合机理），采用框式、锚式、螺带式。

液滴大小分布不均原因：搅拌釜内各处的湍动程度不均（使湍动均匀；加表面活性剂，使液滴难以合并）悬浮临界转速
非均相物系只能实现小尺度的宏观混合
3.3搅拌器性能
压头是搅拌器提供给单位液体的能量（据此判断湍动强弱）
改善搅拌效果的措施：1.提高转速-提高流量、压头
3.阻止容器内液体圆周运动：（1）安装挡板-消除打旋，增加阻力（2）偏心安装-增加不对称性（3）安装导流筒-避免短路及死区
3.4 搅拌功率
q v:搅拌器输出的液体量，
反应总体流动的强弱
3.5 搅拌器放大。

第三章液体的搅拌第一节概述化工生产中经常需要进行液体的搅拌，其目的大致可分为：一、加快互溶液体的混合；二、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；三、使气体以气泡的形式分散于液体中；四、使固体颗粒在液体中悬浮；五、加强冷、热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热。

合，形成具有某种均匀程度的混合物的缘故。

实际操作中，一个搅拌器常常可同时起到几种作用。

例如，在气液相催化反应器中，搅拌既使固体颗粒催化剂在液体中悬浮，又使气体以小气泡形式均匀地在液体中分散，大大加快了传质和反应。

与此同时，亦强化了反应热的传递过程。

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。

工业上常用的搅拌釜是一个圆筒形容器，其底部侧壁的结合处应以圆角过渡，以消除流动不易到达的死区。

搅拌釜装有一定高度的液体。

图3-1 机械搅拌的装置简图搅拌器由电机直接或通过减速装置传动，在液体中作旋转运动，其1-搅拌釜；2-搅拌器；3-加料管；4-电机作用类似于泵的叶轮，向液体提供能量，促使液体在搅拌釜中作某5-减速器；6-温度计套管；7-挡板；8-轴种循环流动。

3-1-1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，表3-1列出了几种常用的结构型式。

表3-1所列的各种搅拌器，按工作原理可分为两大类。

一类是以旋桨式为代表，其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；另一类以涡轮式为代表，其工作原理则与离心泵叶轮相似，液体在搅拌釜内主要作径向和切向运动，与旋桨式相比具有流量较小、压头较高的特点。

平直叶桨式搅拌器的工作原理与涡轮式相近。

它的叶片较长，通常为2叶，转速较慢，液体的径向速度较小，产生的压头较低。

折叶桨式搅拌器的工作原理则与旋桨式相近，可产生轴向液流。

锚式和框式搅拌器实际上是桨式搅拌器的变型。

它们的旋转半径更大(仅略小于釜内径)，转速更低，产生的压头也更小，但叶片搅动的范围很大。