淺析反應(yīng)釜的攪拌原理
更新時(shí)間:2023-02-23 點(diǎn)擊次數(shù):673
攪拌是涂料生產(chǎn)中重要的單元操作,攪拌裝置是
反應(yīng)釜的重要組成部分。攪拌能起到液一液或液一固相間充分混合或分散的作用,從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱、加速溶解和化學(xué)反應(yīng)等目的。
在樹脂生產(chǎn)過程中,合理地利用攪拌,對提高產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短反應(yīng)時(shí)間都有重要的意義。
反應(yīng)釜攪拌的基本原理
?、倏傮w流動(dòng)與湍流脈動(dòng)攪拌糟內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)的方式,不外是周向(切向)流動(dòng)、徑向流動(dòng)和軸向流動(dòng)以及這3種流動(dòng)的組合,這些流動(dòng)統(tǒng)稱為總體流動(dòng)。從流體力學(xué)原理得知,流體做湍流運(yùn)動(dòng)時(shí),除總體流動(dòng)外.還存在著湍流脈動(dòng)(或稱湍動(dòng))。所以攪拌槽內(nèi)處于湍流狀態(tài)的液體,同時(shí)有總體流動(dòng)和湍流脈動(dòng)存在。這是物料得以均勻混合的兩個(gè)因素??傮w流動(dòng)是液體以一定的方向并在較大范圍內(nèi)的宏觀流動(dòng),它可以使混合液體破碎成較大的液團(tuán),從而使槽內(nèi)各部分物料得到初步的混合。湍流脈動(dòng)是液體質(zhì)點(diǎn)在很小距離內(nèi)做不規(guī)則的微觀流動(dòng),它是由平均流動(dòng)與大量不同尺寸、不同強(qiáng)度的旋渦運(yùn)動(dòng)疊加而成,高速旋轉(zhuǎn)的旋渦與液團(tuán)之問會(huì)產(chǎn)生很大的相對運(yùn)動(dòng)和剪切力,液團(tuán)在這種剪切力作用下被破碎得更加細(xì)小,液團(tuán)中的被分散物進(jìn)一步細(xì)分,從而達(dá)到更小尺度上的均勻混合。
總體流動(dòng)的大小可用容積循環(huán)速率來衡量.它是指單位時(shí)間內(nèi)直接由槳葉排出的液體量及夾帶液體一起運(yùn)動(dòng)的液體量,與攪拌器的類型、直徑、轉(zhuǎn)速及液體的黏度等因素有關(guān)。湍流脈動(dòng)的強(qiáng)弱程度(湍流強(qiáng)度)與液體離開槳葉時(shí)的速度頭有關(guān)。速度頭越大,液體的湍動(dòng)越強(qiáng),這股液體與攪拌槽內(nèi)其他液體之間的速度梯度和剪切力也越大。速度頭也稱動(dòng)壓頭,可表示為w2/2g,ω為流速(m/s),g為重力加速度(m/s2)。位體積消耗的能量N/V有著密切的關(guān)系,N/V越大,液體的湍動(dòng)越強(qiáng)總之.一個(gè)混合過程一方面是通過主體流動(dòng)達(dá)到一定的調(diào)勻度,另一方面通過湍流脈動(dòng)進(jìn)一步降低分隔尺度,使之從微觀上去看也更加均勻了。
?、诖蜾霈F(xiàn)象當(dāng)攪拌槳葉置于攪拌糟中心位置(大多如此),槽內(nèi)液體黏度不高,且攪拌槳葉的轉(zhuǎn)速足夠高時(shí),槽內(nèi)液體都會(huì)產(chǎn)生切向流動(dòng),甚至使全部液體圍繞著攪拌軸團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)。槽內(nèi)液體在離心力作用下涌向槽壁,使周邊部分的液面上升,中心部分的液面自然下降,于是形成一個(gè)大旋渦(。攪拌槳葉的轉(zhuǎn)速越高,旋渦的深度越深。這種流動(dòng)形態(tài)叫“打漩”。打漩時(shí)混合效果不好,特別是靠近中心處.不同液體層之間,幾乎無速度梯度,形成了所謂“固體回轉(zhuǎn)部”的不良混合區(qū)。此外,旋渦的形成使容器的容積利用率降低,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)吸入空氣,使液體中混入氣泡,并使攪拌軸受液流沖擊,攪拌器振動(dòng)加劇。因此,在一般情況下都要抑制打漩。抑制打漩的方法主要有兩種,一種是攪拌軸偏置,另一種常用的方法是在攪拌槽內(nèi)設(shè)置擋板。