攪拌器放大中的流體切應(yīng)變速率

切應(yīng)變速率是速度隨位置的變化率，由速度分布圖很容易轉(zhuǎn)化成切應(yīng)變速率分布圖。對(duì)于切應(yīng)變速率，重要的是其大值和平均值。

大量的研究表明，攪拌器中的大切應(yīng)變速率與轉(zhuǎn)速和攪拌器直徑均成正比，而平均切應(yīng)變速率僅與轉(zhuǎn)速成正比，但幾乎不受攪拌器直徑變化的影響。因此，轉(zhuǎn)速增大，調(diào)節(jié)罐攪拌器，平均切應(yīng)變速率和大切應(yīng)變速率均增大；當(dāng)轉(zhuǎn)速一定，攪拌器直徑增大時(shí)，大切應(yīng)變速率將增大，通遼攪拌器，而平均切應(yīng)變速率保持不變。　　因而幾何相似放大后（保持單位體積功率不變，轉(zhuǎn)速下降，直徑增加），攪拌器大切應(yīng)變速率增加，而平均切應(yīng)變速率下降，見下圖。這也是放大后，造成大釜行為顯著變化的主要原因。

對(duì)于氣液過程，表觀氣體速率和單位體積攪拌功率是關(guān)聯(lián)氣液質(zhì)量傳遞系數(shù)的有效參數(shù)，這些關(guān)系式相對(duì)來說獨(dú)立于攪拌器規(guī)模。

當(dāng)一種外加流體與正在容器內(nèi)流動(dòng)的流體混合時(shí)，混合時(shí)間與容器內(nèi)的循環(huán)時(shí)間直接相關(guān)，對(duì)于這種混合過程，如果維持單位體積流體的攪拌器排液量恒定，單位體積攪拌功率將隨釜徑的平方關(guān)系增加，這樣隨著攪拌器的放大，雙相鋼攪拌器，功率增加的幅度是不現(xiàn)實(shí)的，所以隨著攪拌器的放大，循環(huán)時(shí)間常常必須增加。

對(duì)于固體懸浮過程，描述方法可以有離底懸浮和完全均勻，單位體積功相等可以近似作為放大過程的標(biāo)準(zhǔn)。

高固體含量的淤漿體系通常呈現(xiàn)很強(qiáng)的假塑性，隨著過程的放大，單位體積功有所下降。

適用于固液懸浮的攪拌器結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸

固液懸浮是借助攪拌器的作用，使固體顆粒懸浮在液體中，形成固液混合物或懸浮液。均勻懸浮的主要控制因素是循環(huán)速率及湍流強(qiáng)度，其中容積循環(huán)速率又往往是的因素。固液懸浮操作以渦輪式攪拌器使用范圍，其中以開啟式渦輪，它沒有中間圓盤，不致阻礙槳葉上下的液相混合。彎葉、斜葉開式渦輪的優(yōu)點(diǎn)更突出，它的排出性能好，槳葉不易磨損，用于固液懸浮操作更合適。通常采用寬葉的開啟式四斜葉渦輪式攪拌器，容器底為錐形時(shí)，其尺寸為：df/D=0.4～0.5，C/d=0.5，H/D=1；碟形時(shí)d/D=0.4。如固液密度差較小時(shí)，也可采用標(biāo)準(zhǔn)的開啟式四斜葉渦輪式攪拌器；若含固量很高，且固液密度差較小時(shí)，可采用平槳；若混合液黏度低于0.4Pa.s，特別是0.1Pa.s以下，固液密度差小，含固量低，可用推進(jìn)式，并在湍流區(qū)全擋板條件下操作，其參數(shù)可取d/D=0.33， C/d=1，H/D=1。對(duì)懸浮體系，當(dāng)密度差小，且只要求懸浮物離開罐底而不必均勻懸浮時(shí)，攪拌轉(zhuǎn)．速也不必太大，可用底擋板；當(dāng)密度差大，并要求均勻懸浮時(shí)，攪拌轉(zhuǎn)速較高，應(yīng)采用底擋板和壁擋板；如懸浮物易黏附在擋板上，可采用導(dǎo)流筒。對(duì)帶纖維的固體懸浮可選用后彎式渦輪攪拌器。固液懸浮采用長(zhǎng)薄葉螺旋槳等也是不錯(cuò)的選擇。

對(duì)于固體懸浮，其攪拌難度取決于懸浮粒子的沉降速度。懸浮程度與顆粒的沉降速度成反比，即攪拌轉(zhuǎn)速愈高，直徑愈大，顆粒的沉降速度愈小，獲得的攪拌程度愈高。

為區(qū)分葉輪排演的流向特點(diǎn)，根據(jù)主要排液方向?qū)⒌湫腿~輪分成徑流型和軸流型兩種。平葉的槳式、渦輪式是徑流型，螺旋面葉片的螺桿式、推進(jìn)式是軸流型。折葉槳?jiǎng)t居于兩者之間，一般認(rèn)為它更接近于軸流型。不過這種分法是近似的，是以主要流向來分的。

攪拌雷諾數(shù)是攪拌罐內(nèi)液體流動(dòng)狀態(tài)的一種量度。圖2—2形象地表示了八平直葉渦輪和螺帶式葉輪在不同雷諾數(shù)下，攪拌罐內(nèi)的液體的流動(dòng)狀態(tài)。

對(duì)于渦輪式葉輪，攪拌器加工，若葉輪轉(zhuǎn)速很低，在Re不大于10的區(qū)域，僅葉輪周圍韻液體隨葉輪旋轉(zhuǎn)，而遠(yuǎn)離葉輪的液體是停滯的，如圖中-A1所示，因而混合效果很差，混合時(shí)間也非常長(zhǎng)，見虛線(1)。在此區(qū)內(nèi)，液體的流動(dòng)是層流，葉輪旋轉(zhuǎn)的阻力主要是黏滯阻力。因而N與Re成反比，如曲線(2)。葉輪旋轉(zhuǎn)引起的離心效應(yīng)可忽略不計(jì)，排出流量，見曲線(3)。

當(dāng)Re增加到大于10，渦輪式葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力就不可忽視。此離心力產(chǎn)生了排出流量，使角動(dòng)量傳遞到遠(yuǎn)處的液體。這樣遠(yuǎn)離葉輪的液體開始流動(dòng)，而使Nv- Re曲線偏離曲線(2)的延伸線。在此區(qū)內(nèi)，如曲線(3)所示，曲線上升的坡度很陡，混合大為改善，但在靠近葉輪上下部分仍然出現(xiàn)環(huán)形的停滯流區(qū)。

當(dāng)Re數(shù)增加到數(shù)百，渦輪式葉輪周圍的液流變成湍流。在區(qū)域c，排出流量顯著增加，曲線(3)達(dá)到了大值。在區(qū)域A和B中觀察副的停滯區(qū)已消失。Re進(jìn)一步增加，湍流域逐漸擴(kuò)大，直至終湍流域占完全優(yōu)勢(shì)。因此區(qū)域c是一個(gè)層流和湍流共存的過渡區(qū)。

在無擋板時(shí)，在Re約為90的過渡流域，渦輪式葉輪的排出流達(dá)到大值；而在有擋板時(shí)，排出流量在湍流域達(dá)到大。