“流體混合原理”試題.簡述混合物料的種類及其特性混合物料的分類黏性流體牛頓流體非牛頓流體純黏性非牛頓流體黏彈性流體賓漢塑性流體假塑性流體脹塑性流體觸變性流體震凝性流體非依時性非牛頓流體依時性非牛頓流體⑴.牛頓流體：當(dāng)某種流體上承受的切應(yīng)力正比于所產(chǎn)生的切應(yīng)變速率時,1/s。1/s。其中p為剪切應(yīng)力，Pa；卜為粘度，Pa-s；T為剪切速率,2）.非牛頓流體①非時變性非牛頓流體這類流體的切應(yīng)力僅與剪切變形速度有關(guān)，即粘度函數(shù)（式（2））僅與應(yīng)變速率有關(guān)，而與時間無關(guān)其中 為表觀粘度或稱粘度函數(shù)。a非時變性非牛頓流體主要包括以下 3種：1）賓漢流體（或稱塑性流 體）。它是只當(dāng)剪切應(yīng)力大于某一數(shù)值時才開始流動的流體，這時體系并非全部發(fā)生形變，而是產(chǎn)生滑動，中間未發(fā)生變化的部分仍按原來的結(jié)構(gòu)形式一起向前運動。當(dāng)應(yīng)力大于屈服值后，其流動性跟牛頓流體完全一樣一些濃懸浮液如糊狀物、軟膏、面團、淤泥等，在適當(dāng)條件下可表現(xiàn)出這種行為。2）剪切稀化流體（也稱假塑性流體）。這種流體沒有屈服值,表觀粘度隨剪切速率增加 而減小。這種粘度隨剪切速率增大而減小的現(xiàn)象稱為剪切變稀現(xiàn)象.大多數(shù)高分子溶液和乳狀液具有明顯的假塑性。3）剪切稠化流體（也稱膨脹型流體）.與假塑性流體相反，膨脹流體的表觀粘度隨切變速率增加而增大，這種現(xiàn)象稱為剪切增稠現(xiàn)象。一些濃稠懸浮體、蛋白質(zhì)及某些高分子溶液可表現(xiàn)出切力增稠現(xiàn)象時變性非牛頓流體這類流體的粘度函數(shù)不僅與應(yīng)變速率有關(guān) ，而且與剪切持續(xù)時間有關(guān)。TOC\o"1-5"\h\z②時變性非牛頓流體大致分為 2類：1）觸變性與震凝型流體 .在一定的剪切變形速率下，觸變流體的粘度函數(shù)隨時間減小，而震凝型流體則相反，表觀粘度隨時間而增大，震凝性體系很少，實際遇到的觸變性體系較多，某些粘土懸浮液、除膠、溶膠及高聚合物可表現(xiàn)出觸變性 .2）粘彈性流體。這類流體兼具粘性和彈性,與粘性流體的主要區(qū)別在于外力消除后產(chǎn)生部分應(yīng)變回復(fù)。粘彈性流體除粘度函數(shù)與剪切持續(xù)時間有關(guān)外，在剪切流動中還表現(xiàn)出法向應(yīng)力差效應(yīng)^2,實現(xiàn)流體混合的方式有哪些？并說明各自的混合機理 ？①摻和用機械的方法混合兩種或多種粉粒狀固體物料。所用的 機器稱為摻和機，這是一個與回轉(zhuǎn)軸不對稱的空筒，物料在筒中翻騰拋擲。筒的轉(zhuǎn)速和物料裝填率（物料的堆積容積與筒的總?cè)莘e之比）是影響摻和效果的重要操作參數(shù)，可由試驗決定。裝填率一般約為 30%?50%,適宜轉(zhuǎn)速按⑴2R/g=0。25?0。8確定（式中⑴為角速度，R為筒體的最大旋轉(zhuǎn)半徑，g為重力加速度）。摻和常用于各種原料藥與 淀粉的混合，染料或顏料的調(diào)色，不同種類合成樹脂的混合等。②捏和用機械方法混合糊狀或高粘度物料。所用的機器稱為捏和機，機中通常有一對反向旋轉(zhuǎn)的Z型或S型刮刀，將團塊物料剪斷、擠壓、折轉(zhuǎn)，使各種組分相互分散,在捏和過程中，粘性摩擦或伴隨發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)使機器發(fā)熱，需通過問壁進行冷卻。捏和常用于藥物劑型、食品原料及電極糊的調(diào)配等。③混煉專指在生橡膠中混入碳黑、硫磺等粉粒狀配合劑的操作.所用的機器是密封式的混煉機，又稱密煉機。機內(nèi)裝有一對柱形軋輾，輾上有兩條或四條螺旋狀突棱,兩輾以不同轉(zhuǎn)速作反向旋轉(zhuǎn)，對物料進行強烈剪切和分割,機內(nèi)設(shè)有冷卻裝置，以除去由物料摩擦所產(chǎn)生的熱鼻里O④攪拌將液體、氣體或固體粉粒分散到液體中去的一種最常用方法.⑤射流混合利用工作流體本身的能量在其流動過程中進行的混合,工作流體從圓形管口或漸縮噴嘴高速噴出，形成射流。由于射流與周圍流體交界處的湍流脈動，使兩種流體發(fā)生混合。射流混合在工業(yè)上主要用于大容器內(nèi)低粘度液體互相混合，如大型汽油槽中添加少量四乙基鉛，也用于防止槽內(nèi)固體懸浮物的沉積，此時可將噴嘴對著槽底，掃動沉淀，并使它懸浮起來。⑥管道混合用一個三通管使兩種流體匯合，然后流經(jīng)一段直管，借湍流脈動達到相互混合。在管內(nèi)加裝孔板或圓缺形折流擋板，可加強流體的湍流程度，提高混合效果。此法主要用于低粘度液體或氣體的混合.靜態(tài)混合器是一種管道混合設(shè)備。在管內(nèi)設(shè)置靜止的分割元件，對流動流體作多次分割和匯合。這種混合器不限于湍流操作，也適用于層流操作的高粘度液體的混合.典型的靜態(tài)混合器(見圖)是在圓管中設(shè)置若干個扭轉(zhuǎn)180。的螺旋片作為元件，左旋和右旋的兩種螺旋片相間安裝。流體每流經(jīng)一個螺旋片，就被分割成兩股，流經(jīng)n個元件，流體即經(jīng)過2n次分割和匯合.若管內(nèi)設(shè)有20個元件，流體被分割的次數(shù)將高達100萬次以上。靜態(tài)混合器常用于萃取和乳液制備等.3.簡述流體混合實驗測試方法及原理①混合時間的測量電導(dǎo)法該法測量混合時間簡單方便，有較好的重現(xiàn)性，但對水質(zhì)要求較高。攪拌介質(zhì)為去離子水，測量時向攪拌槽中加入一定體積一定濃度的NaCl溶液，用電導(dǎo)儀顯示槽中電解質(zhì)濃度的變化。從加入 NaCl溶液至電導(dǎo)儀的讀數(shù)不再因電解質(zhì)濃度的波動而改變所經(jīng)歷的時間即為混合時間。一般用于低粘度流體混合時間的測量，不適合高粘度流體 混合時間的測量。優(yōu)點是操作簡單方便，有較好的重現(xiàn)性。缺點是對水質(zhì)要求較高，水消耗量大,實驗成本高.溫差法顧名思義，就是借助溫度差別判斷混合是否結(jié)束。實驗方法為 ：向攪拌槽中加入一定量的熱水，然后通過至于不同位置的溫度傳感器來檢測溫度的變化判斷混合進行的程度。優(yōu)點是速度快 ，精度高，簡單靈活，可用于低粘度流體混合時間的測量，又可用于中高粘度流體混合時間的測量。(3)脫色法對于高粘流體的混合，可用碘和硫代硫酸鈉的脫色反應(yīng)來測定混合時間。使用該法時，要求攪拌釜和流體必須透明 .先在釜內(nèi)流體中加入一定量 的碘溶液，通過攪拌使流體均勻著色 ，在穩(wěn)定的攪拌轉(zhuǎn)速下將適當(dāng)過量的硫代硫酸鈉溶液(例如，碘與硫代硫酸鈉的當(dāng)量比為 1:1。4)快速加入釜中，用眼睛觀察或用光電池監(jiān)視其退色情況。從投入硫代硫酸鈉溶液起到顏色褪至

某個規(guī)定程度所需的時間就是混合時間②停留時間分布的測量1.固體粒子停留時間分布的測量固體粒子停留時間的測量方法有間接法和直接法兩種.間接的測量是基于總的固體相速度和相分率；而直接法大多數(shù)借助示蹤劑進行測量。采用示蹤劑測量時，除要求示蹤劑具有與被測體系有相同的流動行為外，還要求具有可分辨的其他物理或 化學(xué)性質(zhì)，諸如熒光性、導(dǎo)電性、紅外或介電性等.最常用的示蹤劑是顏色示蹤劑、化學(xué)示蹤劑、磁性示蹤劑、放射性示蹤劑。2。液相停留時間分布的測量液相停留時間分布常用的測量方法有染料示蹤劑測量法、電導(dǎo)示蹤法、折射指數(shù)法、放射性法和熱示蹤劑法等。.同時為了保證相對于有機體系則采內(nèi)部構(gòu)件易于吸收在采用示蹤劑測量方法時， 一般要求示蹤劑的流動性質(zhì)， 特別是濃度、.同時為了保證相對于有機體系則采內(nèi)部構(gòu)件易于吸收似性，對于水溶性體系建議用水溶性電解質(zhì)作為示蹤劑，用可溶于有機物的物質(zhì)作示蹤劑。如果混合體系中含有多孔固體，或者容器內(nèi)壁、或示蹤劑，那么一些示蹤劑就會被吸附到這些材料上 ，從而增大測量難度。此時要設(shè)法選擇一種不易被吸附的材料做示蹤劑③攪拌功率測量電機反扭矩測量法工作原理：當(dāng)電機工作時，作用于電動機轉(zhuǎn)子上的電磁矩和作用于電動機定子上的電磁矩總是大小相等，方向相反。因此 ，只要測出作用于定子上的扭矩就等于測出了轉(zhuǎn)子上的扭矩，作用于轉(zhuǎn)子上的扭矩計算公式為：PMM為扭矩儀測得的扭矩Nm, 為角速度④相分率測量加上適當(dāng)?shù)南聵?biāo)表示,每個相左占有的體積分率稱為相分率， 通常用符號加上適當(dāng)?shù)南聵?biāo)表示,顯然式中 p——固相分率；G——氣相分率；L液相分率；(1)固體粒子相分率測量方法i體積法：如果固體的體積已知，或者質(zhì)量和密度已知，根據(jù)混合 體系體積的測量，可以方便的計算固體的相分率ii局部分離法：局部取樣，在分析相分率。必須保證取樣時不干擾體系內(nèi)流動，所有相能夠按照原來的比例被取出 ^出壓力法：基于測量體系中兩點壓差較無固含率時的變化。(2)氣相或液相相分率的測量方法氣相或液相相分率的測量方法有液位法、壓差法、流動法、光電法等。其中液位法通常只使用于間歇操作體系；光電法適用于局部測量，具優(yōu)點是可獲得分布信息，但要獲得全部信息就要進行大量測量； 壓差法比較簡單方便，但隨著壓力增高，精度下降；傳統(tǒng)的流動法只適合用于低壓系統(tǒng)。⑤流體速度分布測量1)投影法：把固體、液體和氣體栗子懸浮于攪拌液體中。將攪拌容器放置在暗箱內(nèi)，然后通過一條細縫射入一束狹窄的光線，根據(jù)栗子軌跡長度和曝光時間可得流速。不適用于觀測混合容器中的湍動 ，原因是波動速度比平均流速大.2)皮托管皮托管可以用來測量混合容器中的流速 ，對于三維流的測定，必須先用皮托管探測流向，再換探頭測量流速。當(dāng)湍動大時，測定的數(shù)據(jù)偏大 ，而且不易測量低速。3)熱膜風(fēng)速計液體流率能影響電熱細導(dǎo)線或薄膜的散熱速率，根據(jù)這個原理可以測量流速和波動速度。一種是恒溫式，一種是恒流式。使用熱膜風(fēng)速計時，應(yīng)該用過濾水和蒸儲水 ，且探頭必須經(jīng)常校準(zhǔn)。探頭上的感受器，必須調(diào)整到對準(zhǔn)測量點的最大流向。4）新的測量方法激光多普勒測速儀 LaserDopplerAnemometer簡稱LDA,是利用運動TOC\o"1-5"\h\z粒子散射光的多普勒效應(yīng)理論測量粒子速度，即以測量流動中的粒子速度來近似當(dāng)時當(dāng)?shù)氐牧黧w質(zhì)點速度 ，最大的優(yōu)點就是不干擾流場 。粒子圖像測速技術(shù) ParticleImageVelocimetry,簡稱PIV,是一種利用粒子對流體的跟隨性來測定流場速度的流動測試方法。是對全流場的測量，可以到的是瞬態(tài)流場數(shù)據(jù) .4。說明攪拌放大基本方法及其準(zhǔn)則1）相似法：攪拌設(shè)備中的相似條件很多 ，如幾何相似、運動相似、動力相似和熱相似等。所謂幾何相似就是指放大過程保持所有主要尺寸的比例相同；運動相似是指所有的速度保持相同的比例；動力相似是指所有的力保持相同的比例；熱相似是指所有位置的溫差保持相同的比例。根據(jù)相似理論，要推廣試驗參數(shù)，就必須使兩個系統(tǒng)具有相似性 .不同攪拌目的的放大準(zhǔn)則要求重現(xiàn)的過程結(jié)果放大準(zhǔn)則均一系混合速度,0.33Q/ pJ16（與N0.81d0.32等效）分散相混合速度-0.5~1.1P/對應(yīng)的流速一定Nd同一液滴直徑N3d2（與P/等效）使液滴分散的最小轉(zhuǎn)度Nd1.1相際傳質(zhì)速度N3d2固液懸浮Nd或N4d3溶解速度0.24Qd/ Pv0.112）非幾何相似法：使用幾何相似的條件是為了簡化放大計算；通過使不同尺寸的罐的關(guān)鍵混合參數(shù)相似，進而達到過程結(jié)果的相似，才是放大的目的。進行非幾何相似放大時，必須通過實驗盡力找出影響過程結(jié)果的關(guān)鍵混合參數(shù)以及這些參數(shù)允許的波動范圍。還須通過冷模實驗弄清攪拌功率準(zhǔn)數(shù)，排出流量等混合參數(shù)和幾何參數(shù)（d/D、b/D等）之間的關(guān)系、以便用調(diào)節(jié)幾何參數(shù)的方法使大罐的混合參數(shù)按所需方向變化。3）數(shù)模放大：關(guān)鍵是模型的建立。放大模型是該被放大過程、機理或現(xiàn)象的一種近似反映。數(shù)學(xué)模型通常是過程的一 種抽象，有多種形式，可以分為基礎(chǔ)模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，簡單模型和?fù)雜模型 ，穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型，確定模型和統(tǒng)計模型等?；A(chǔ)模型通常由一系列基礎(chǔ)方程組成，包括質(zhì)量平衡、動量平衡、能量平衡方程等。經(jīng)驗?zāi)Ｐ屯ǔＳ蓪嶒灥玫?，只研究輸出和輸入的關(guān)系。雖然數(shù)模放大方法目前還有許多問題需要解決，不過它是目前最先進的放大方法，也是今后發(fā)展的方向。5。評價攪拌性能的指標(biāo)都有哪些？混合時間，攪拌功率消耗，流體速度分布 ，非均相系統(tǒng)中泡、滴直徑.說明氣一液、液-液和液-固體系攪拌混合機理及其評價指標(biāo) ？混合機理：不同氣體混在一 起，很快便形成一個不同分子均勻分布的混合物，這個混合過程就是分子擴散的結(jié)果。在攪拌槽中，通過葉輪的旋轉(zhuǎn)把機械能傳給液體物料， 造成液體的強制對流，混合過程正是在強制對流作用下的強制擴散過程。強制擴散有兩種方式， 即主體對流擴散和渦流擴散 .攪拌輪把動量傳給周圍的液體，產(chǎn)生一股高速液流，這股液流又推動周圍的液體，使全部液體在槽內(nèi)流動起來，這種大范圍的循環(huán)流動稱為“宏觀流動 "，由此產(chǎn)生的全槽范圍的擴散叫做主體對流擴散。葉輪產(chǎn)生的高速液流在靜止的或運動速度較低的液體中通過時，處于高速流體與低速流體分界面上的流體受到強烈的剪切作用，因而在這些地方產(chǎn)生大量漩渦。這些漩渦迅速向周圍擴TOC\o"1-5"\h\z散，一方面把更多的液體夾帶到這股作宏觀流動的液流中，同時形成局部范圍內(nèi)物料快速而紊亂的對流運動。這種漩渦運動稱為渦流擴散 ^實際的混合過程是三種擴散機理的綜合作用 ^1）氣-液混合：在攪拌器的作用下，產(chǎn)生足夠的流體剪應(yīng)力來打碎氣泡 ，增大氣液兩相的接觸面積，同時被打碎的氣泡具有較小的在液相中的上升速度，從而延長了兩相接觸的時間。另外，大多數(shù)氣體吸收過程還部分地或全部地由液膜阻力所控制，因此對液相的攪拌加強力傳質(zhì)過程。攪拌還使反應(yīng)物和產(chǎn)物在整個槽內(nèi)分 布更均勻。評價指標(biāo)是容量系數(shù)和兩相傳質(zhì)系數(shù)的大小。2）液一液混合：對于互溶液體的混合的評價指標(biāo)主要有均勻性指數(shù)和混合時間。對于不互溶的液體混合，主要是進行液液分散。評價指標(biāo)是分散相得平均滴徑、滴徑分布和兩相的相界面積。3）固一液混合：當(dāng)固體顆粒比較大而且重，主要靠強制對流擴散；當(dāng)固體顆粒比較小而且輕的時候，主要靠徑向擴散。固液攪拌的主要目的相應(yīng)判據(jù)使固體粒子完全離罐底懸浮起來固體粒子在罐底停留不超過1--2s使固體粒子在全罐均勻懸浮221n V .1n1 aV.分析說明攪拌器型式及常用范圍（1）槳式攪拌器槳式攪拌器是攪拌器結(jié)構(gòu)最簡單的一種，通常僅兩個葉片。它采用扁鋼制成，葉片焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片型式可分為平直葉式和斜（折）葉式兩種。主要應(yīng)用場合：液 一液體系中用于混合、溫度均一；周液體系中多用于防止固體沉降。但槳式攪拌器不能用于以保持氣體和以細微化為目的的氣-液分散操作.槳式攪拌器主要用于流體的循環(huán) ，由于在同樣的排量下， 斜葉式比平直葉的功耗小，操作費用低，因而斜葉式攪拌器使用較多。槳式也可用于高粘流體的攪拌，以促進流體的上下交換，代替價格高昂的 螺帶式葉輪，尚能獲得良好的效果.槳式葉輪的槳葉直徑 Dj對容器內(nèi)直徑D之比一般為0035?0。5,對于高粘度液體為 0065?0.9;轉(zhuǎn)速一般在20?100r/min之間，介質(zhì)粘度最高可達 20Pa?s.(2)推進式攪拌器推進式攪拌器(又稱船用推進器)常用于低粘流體中 .標(biāo)準(zhǔn)推進式攪拌器為三瓣葉片，具螺距與槳直徑相等。攪拌時，流體由槳葉上方吸入，下方以圓筒狀螺旋形排出， 流體至容器底部再沿壁面返至槳葉上方 ，形成軸向流動。推進式攪拌器攪拌時流體的湍流程度不高，但循環(huán)量大。容器內(nèi)裝擋板、攪拌軸偏心安裝或攪拌器傾斜時，可防止漩渦形成。推進式攪拌器的直徑較小，槳葉直徑 d對容器內(nèi)直徑D之比一般為0.1?0.3;葉端速度為7?10m/s,最高達15m/s。推進式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于粘度低、流量大的場合，利用較小的攪拌功率通過高速轉(zhuǎn)動的槳葉能獲得較好的攪拌效果。主要用于液-液體系混合、溫度均一，在低濃度周 一液體系中防止淤泥沉降等。推進式攪拌器的循環(huán)性能好，剪切作用不大，屬于循環(huán)型攪拌器。(3)渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器是應(yīng)用較廣的一種槳葉，能有效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很