液體攪拌、固液提取、過濾、蒸發(fā)干燥、水蒸氣蒸餾、典型制藥裝備第三章

液體攪拌釜式反應器的結構、特點及應用

根據(jù)釜蓋與釜體連接方式的不同，攪拌釜式反應器可分為開式(法蘭連接)和閉式(焊接)兩大類。附圖是典型的開式攪拌釜式反應器結構示意圖。目前，釜式反應器的技術參數(shù)已實現(xiàn)標準化。釜式反應器的結構、特點及應用

開式攪拌釜式反應器結構1-攪拌器；2-罐體；3-夾套；4-攪拌軸；5-壓出管；6-支座；7-人孔；8-軸封；9-傳動裝置釜式反應器的結構、特點及應用

釜式反應器結構簡單、加工方便；釜內(nèi)設有攪拌裝置,釜外常設傳熱夾套,傳質(zhì)和傳熱效率均較高;在攪拌良好的情況下,釜式反應器可近似看成理想混合反應器,釜內(nèi)濃度、溫度均一,化學反應速度處處相等;釜式反應器操作靈活,適應性強,便于控制和改變反應條件,尤其適用于小批量、多品種生產(chǎn)。因此,釜式反應器在藥品生產(chǎn)中有著廣泛的應用。釜式反應器的結構、特點及應用一、概述

攪拌在藥品生產(chǎn)中的應用非常廣泛，原料藥生產(chǎn)的許多過程都是在有攪拌器的釜式反應器中進行的。通過攪拌，可以加速物料之間的混合,提高傳熱和傳質(zhì)速率,促進反應的進行或加快物理變化過程。例如，在液相催化加氫反應中，攪拌既能使固體催化劑顆粒處于懸浮狀態(tài)，又能使氣體均勻地分散于液相中，從而加快化學反應速度。同時，攪拌還能提高傳熱速率，有利于反應熱的及時移除。一、概述

攪拌操作可分為機械攪拌和氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體在液體層中鼓泡，從而對液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群以密集狀態(tài)在液體層中上升，促使液體產(chǎn)生對流循環(huán)。一、概述一、概述一、概述

與機械攪拌相比，氣流攪拌的作用比較弱，尤其對于高粘度液體,氣流攪拌很難適用。因此，在實際生產(chǎn)中，攪拌操作多采用機械攪拌，而氣流攪拌僅用于一些特殊場合。二、常見攪拌器

小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器

大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器推進式攪拌器

渦輪式攪拌器

漿式攪拌器螺帶式攪拌器錨式和框式攪拌器

二、常見攪拌器——推進式攪拌器推進式攪拌器

此類攪拌器實質(zhì)上是一個無外殼的軸流泵，葉輪直徑一般為釜徑的0.2~0.5倍,常用轉(zhuǎn)速為100~500rpm，葉端圓周速度可達5~15m

s-1。高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器使釜內(nèi)液體產(chǎn)生軸向和切向運動。

二、常見攪拌器——推進式攪拌器

液體的軸向分速度可使液體形成如圖所示的總體循環(huán)流動,起到混合液體的作用;而切向分速度使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運動,并形成旋渦,不利于液體的混合,且當物料為多相體系時,還會產(chǎn)生分層或分離現(xiàn)象,因此,應采取措施予以抑制?？傮w循環(huán)流動

二、常見攪拌器——推進式攪拌器

推進式攪拌器產(chǎn)生的湍動程度不高，但液體循環(huán)量較大，常用于低粘度(<2Pa

s)液體的傳熱、反應以及固液比較小的懸浮、溶解等過程。

二、常見攪拌器——推進式攪拌器

二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器

(a)直葉圓盤葉輪

(b)彎葉圓盤葉輪

圖6-23渦輪式攪拌器

二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器(c)直葉渦輪

(d)彎葉渦輪

(e)折葉渦輪圖6-23渦輪式攪拌器

二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器

二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器

實質(zhì)上是一個無泵殼離心泵,葉輪直徑為釜徑的0.2~0.5倍,常用轉(zhuǎn)速10~500rpm,葉端圓周速度可達4~10m

s-1。高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器使釜內(nèi)液體產(chǎn)生切向和徑向運動,并以很高的絕對速度沿葉輪半徑方向流出。徑向運動所形成的總體循環(huán)流動如圖所示?？傮w循環(huán)流動

二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器

流出液體的切向分速度使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運動，同樣應采取措施予以抑制。與推進式攪拌器相比，渦輪式攪拌器不僅能使釜內(nèi)液體產(chǎn)生較大的循環(huán)量，而且對漿葉外緣附近的液體產(chǎn)生較強的剪切作用，常用于粘度小于50Pa

s液體的傳熱、反應以及固液懸浮、溶解和氣體分散等過程。

二、常見攪拌器——渦輪式攪拌器

二、常見攪拌器——漿式攪拌器

漿式攪拌器的旋轉(zhuǎn)直徑一般為釜徑的0.35~0.8倍，用于高粘度液體時可達釜徑的0.9倍以上，漿葉寬度為旋轉(zhuǎn)直徑的1/10~1/4，常用轉(zhuǎn)速為1~100rpm，葉端圓周速度為1~5m

s-1。

(a)平漿式

(b)斜漿式

(c)多斜漿式漿式攪拌器

二、常見攪拌器——漿式攪拌器

平漿式攪拌器可使液體產(chǎn)生切向和徑向運動，可用于簡單的固液懸浮、溶解和氣體分散等過程。但是,即使是斜漿式攪拌器,所造成的軸向流動范圍也不大,故當釜內(nèi)液位較高時，應采用多斜漿式攪拌器,或與螺旋漿配合使用。當旋轉(zhuǎn)直徑達到釜徑的0.9倍以上,并設置多層漿葉時,可用于較高粘度液體的攪拌。

二、常見攪拌器——漿式攪拌器四葉旋槳式攪拌器

二、常見攪拌器——漿式攪拌器三葉旋槳式攪拌器

二、常見攪拌器——漿式攪拌器

二、常見攪拌器——錨式和框式攪拌器

當液體粘度更大時，可根據(jù)釜底的形狀，將漿式攪拌器做成錨式或框式。此類攪拌器的旋轉(zhuǎn)直徑較大，一般可達釜徑的0.9~0.98倍，常用轉(zhuǎn)速為1~100rpm，葉端圓周速度為1~5m

s-1。錨式攪拌器

二、常見攪拌器——錨式和框式攪拌器框式攪拌器

二、常見攪拌器——錨式和框式攪拌器

此類攪拌器一般在層流狀態(tài)下操作，主要使液體產(chǎn)生水平環(huán)向流動，基本不產(chǎn)生軸向流動，故難以保證軸向混合均勻。但此類攪拌器的攪動范圍很大,且可根據(jù)需要在漿上增加橫梁和豎梁，以進一步增大攪拌范圍,所以一般不會產(chǎn)生死區(qū)。此外,由于攪拌器與釜內(nèi)壁的間隙很小,故可防止固體顆粒在釜內(nèi)壁上的沉積現(xiàn)象。錨式和框式攪拌器常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應等過程。

二、常見攪拌器——螺帶式攪拌器

為進一步提高軸向混合效果，可采用螺帶式攪拌器。此類攪拌器一般具有1~2條螺帶，其旋轉(zhuǎn)直徑亦為釜徑的0.9~0.98倍，常用轉(zhuǎn)速為0.5~50rpm，葉端圓周速度小于2m

s-1。螺帶式攪拌器

二、常見攪拌器——螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器

螺帶式攪拌器亦在層流狀態(tài)下操作，但在螺帶的作用下，液體將沿著螺旋面上升或下降形成軸向循環(huán)流動，故混合效果比錨式或框式的好，常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應等過程。

二、常見攪拌器——螺帶式攪拌器

三、其他攪拌器磁力攪拌器

三、提高攪拌效果的措施1.打旋現(xiàn)象及其消除2.設置導流筒

裝設擋板

偏心安裝

三、提高攪拌效果的措施圖

打旋現(xiàn)象

當攪拌器置于容器中心攪拌低粘度液體時，若葉輪轉(zhuǎn)速足夠高，液體就會在離心力的作用下涌向釜壁，使釜壁處的液面上升，而中心處的液面下降，結果形成了一個大旋渦，這種現(xiàn)象稱為打旋。

三、提高攪拌效果的措施圖

打旋現(xiàn)象

葉輪的轉(zhuǎn)速越大，形成的旋渦就越深，但各層液體之間幾乎不發(fā)生軸向混合，且當物料為多相體系時，還會發(fā)生分層或分離現(xiàn)象。

三、提高攪拌效果的措施圖

打旋現(xiàn)象

更為嚴重的是,當液面下凹至一定深度后,葉輪的中心部位將暴露于空氣中,并吸入空氣,使被攪拌液體的表觀密度和攪拌效率下降。此外,打旋還會引起功率波動和異常作用力,加劇攪拌器的振動,甚至使其無法工作。因此,必須采取措施抑制或消除打旋現(xiàn)象。

1.打旋現(xiàn)象及其消除—裝設擋板

圖

有擋板時的流動

在釜內(nèi)裝設檔板,既能提高液體的湍動程度，又能使切向流動變?yōu)檩S向和徑向流動，制止打旋現(xiàn)象的發(fā)生。如圖所示，裝設擋板后，釜內(nèi)液面的下凹現(xiàn)象基本消失，從而使攪拌效果顯著提高。

1.打旋現(xiàn)象及其消除—裝設擋板

擋板的安裝方式與液體粘度有關。對于低粘度(<7Pa

s)液體，可將檔板垂直縱向地安裝在釜的內(nèi)壁上，上部伸出液面，下部到達釜底。對于中等粘度(7~10Pa

s)液體或固液體系,應使擋板離開釜壁，以防液體在擋板后形成較大的流動死區(qū)或固體在擋板后積聚。對于高粘度(>10Pa

s)液體，應使擋板離開釜壁并與壁面傾斜。1.打旋現(xiàn)象及其消除—裝設擋板

若擋板符合下列條件，則稱為全擋板條件，即

(1)式中W—擋板寬度，m；D—釜內(nèi)徑，m；N—擋板數(shù)。研究表明，當擋板符合式(1)時，可獲得很好的擋板效果，此時即使再增加附件，攪拌器的功率也不再增大。例如，當擋板數(shù)為4，擋板寬度為釜徑的1/10時，即可近似認為符合全擋板條件。

2.打旋現(xiàn)象及其消除—偏心安裝

將攪拌器偏心或偏心且傾斜地安裝，不僅可以破壞循環(huán)回路的對稱性，有效地抑制打旋現(xiàn)象，而且可增加流體的湍動程度，從而使攪拌效果得到顯著提高。攪拌器的典型偏心安裝方式如圖所示。圖

偏心安裝

3.打旋現(xiàn)象及其消除—設置導流筒

導流筒為一圓筒體，其作用是使?jié){葉排出的液體在導流筒內(nèi)部和外部形成軸向循環(huán)流動。導流筒可限定釜內(nèi)液體的流動路線，迫使釜內(nèi)液體通過導流筒內(nèi)的強烈混合區(qū)，既提高了循環(huán)流量和混合效果，又有助于消除短路與流動死區(qū)。圖導流筒安裝方式(a)推進式(b)渦輪式

四、攪拌器選型

不同的攪拌操作對攪拌的要求常具有共性，而不同類型的攪拌器亦具有一定的共性，因此，同一攪拌操作往往可選用幾種類型的攪拌器。反之，同一攪拌器也可用于多種攪拌操作。目前，對攪拌器的選型主要是根據(jù)實踐經(jīng)驗，也可根據(jù)小試數(shù)據(jù)，采用適當方法進行放大設計。四、攪拌器選型—低粘度均相液體的混合

這是難度很小的一種攪拌過程，只有當容積很大且要求快速混合時才比較困難。由于推進式的循環(huán)流量較大且動力消耗較少，所以是最適用的。渦輪式的剪切作用較強，但對于這種混合過程不太需要，且動力消耗較大，故不太合理。漿式的結構比較簡單，在小容量液體混合中有著廣泛的應用，但當液體容量較大時，其循環(huán)流量不足。四、攪拌器選型—高粘度均相液體的混合

當液體粘度在0.1~1Pa

s時，可采用錨式攪拌器。當液體粘度在1~10Pa

s時，可采用框式攪拌器，且粘度越高，豎、橫梁就越多。當液體粘度在2~500Pa

s時，可采用螺帶式攪拌器。在需冷卻的夾套釜的內(nèi)壁上易形成一層粘度更高的膜層，其傳熱熱阻很大，此時宜選用大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如錨式或框式攪拌器，以減薄膜層厚度，提高傳熱效果。若反應過程中物料的粘度會發(fā)生顯著變化，且反應對攪拌強度又很敏感，可考慮采用變速裝置或分釜操作，以滿足不同階段的需要。

四、攪拌器選型—分散

對于非均相液體的分散過程，由于渦輪式攪拌器具有較強的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所以最為合適，尤其是平直葉的剪切作用比折葉和彎葉的大，則更為合適。當液體的粘度較大時，為減少動力消耗，宜采用彎葉渦輪。

四、攪拌器選型—固體懸浮

在低粘度液體中懸浮易沉降的固體顆粒時，由于開啟渦輪沒有中間圓盤，不致阻礙漿葉上下的液相混合，所以最為合適，尤其是彎葉開啟渦輪，漿葉不易磨損，則更為合適。推進式的使用范圍較窄，當固液密度差較大或固液比超過50%時不適用。漿式或錨式的轉(zhuǎn)速較低，僅適用于固液比較大(>50%)或沉降速度較小的固體懸浮。

四、攪拌器選型—固體溶解

此類操作要求攪拌器具有較強的剪切作用和較大的循環(huán)流量，所以渦輪式最為合適。推進式的循環(huán)流量較大，但剪切作用較小，所以用于小容量的固體溶解過程比較合理。漿式需借助擋板來提高循環(huán)能力,因此一般用于易懸浮固體的溶解操作。

四、攪拌器選型—氣體吸收

此類操作以各種圓盤渦輪式攪拌器最為適宜，此類攪拌器不僅有較強的剪切作用，而且圓盤下面可存住一些氣體，使氣體的分散更趨平穩(wěn)，而開啟渦輪則沒有這一優(yōu)點，故效果不好。推進式和漿式一般不適用于氣體吸收操作。

四、攪拌器選型—結晶

帶攪拌的結晶過程比較復雜，尤其是需要嚴格控制晶體大小和形狀時更是如此。一般情況下，小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器，如渦輪式，適用于微粒結晶，但晶體形狀不易一致；而大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如漿式，適用于大顆粒定形結晶，但釜內(nèi)不宜設置擋板。

四、攪拌器選型—傳熱

傳熱量較小的夾套釜可采用漿式攪拌器;中等傳熱量的夾套釜亦可采用漿式攪拌器,但釜內(nèi)應設置擋板;當傳熱量很大時,釜內(nèi)可用蛇管傳熱,采用推進式或渦輪式攪拌器,并在釜內(nèi)設置擋板。

四、攪拌器選型

(一)均相液體的攪拌功率

(二)非均相液體的攪拌功率

(三)非牛頓型液體的攪拌功率

五、攪拌功率

1.功率曲線和攪拌功率的計算攪拌器工作時，旋轉(zhuǎn)的葉輪將能量傳遞給液體。攪拌器所需的功率取決于釜內(nèi)物料的流型和湍動程度，它是葉輪形狀、大小、轉(zhuǎn)速、位置以及液體性質(zhì)、反應釜尺寸與內(nèi)部構件的函數(shù)。(一)均相液體的攪拌功率

研究表明,均相液體的功率準數(shù)關聯(lián)式可表示為(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)式中NP—功率準數(shù);Re—攪拌雷諾數(shù);Fr—弗勞德數(shù),即流體的慣性力與重力之比,是反映重力對攪拌功率影響的準數(shù);K—系統(tǒng)的總形狀系數(shù),反映系統(tǒng)幾何構型對攪拌功率的影響;P—功率消耗,W;n—葉輪轉(zhuǎn)速,rps;d—葉輪直徑,m;

—液體密度,kgm-3;

—液體粘度,Pas;g—重力加速度,9.81ms-2。(一)均相液體的攪拌功率式亦可改寫為

(3-6)式中

—功率因數(shù)。

對于不打旋的攪拌系統(tǒng)，重力的影響可以忽略，即b=0，則式(3-6)可簡化為

(3-7)

(一)均相液體的攪拌功率

由實驗測出各種攪拌器的

或NP與Re的關系，并標繪在雙對數(shù)坐標紙上，即得功率曲線。幾種攪拌器的功率曲線如圖3-8所示。顯然，在相同條件下，徑向型的渦輪式攪拌器比軸流型的推進式攪拌器提供的功率要大。(一)均相液體的攪拌功率

圖3-8攪拌器的功率曲線(P78)

1-三葉推進式,s=d,無擋板；2-三葉推進式,s=d,全擋板；3-三葉推進式,s=2d,無擋板；4-三葉推進式，s=2d，全擋板；5-六葉直葉圓盤渦輪，無擋板；6-六葉直葉圓盤渦輪，全擋板；7-六葉彎葉圓盤渦輪，全擋板；8-雙葉平漿，全擋板全擋板：N=4，W=0.1D；各曲線：d/D

1/3，b/d=1/4；HL/D=1s-漿葉螺距,N-擋板數(shù),W-擋板寬度,D-釜內(nèi)徑,d-葉輪直徑,b-漿葉寬度,HL-液層深度

根據(jù)Re的大小,亦可將攪拌釜內(nèi)的流動情況分為層流、過渡區(qū)和湍流。當然,攪拌器的型式不同,劃分層流區(qū)與湍流區(qū)的Re值不完全相同。由圖3-8可知,在層流區(qū)(Re<10),不同型式攪拌器的功率曲線均為直線，直線的斜率均為

1，且同一型式幾何相似的攪拌器，不論是否裝有擋板，功率曲線均相同，即擋板對攪拌功率沒有影響。而在完全湍流區(qū)(Re>104)，同一種漿葉，有擋板時比無擋板時提供的功率要大。(一)均相液體的攪拌功率

對于給定的攪拌系統(tǒng)，可先由功率曲線查出功率因數(shù)或功率準數(shù)，然后再經(jīng)計算得出所需的攪拌功率。此外，對于特定的攪拌器，還可按流動狀況對功率曲線進行回歸，得到計算攪拌功率的經(jīng)驗關聯(lián)式。例如，由層流區(qū)(Re<10)的功率曲線可得攪拌功率的計算式為

(3-8)式中K1—與攪拌器結構型式有關的常數(shù)，常見攪拌器的K1值如表3-2所示。(一)均相液體的攪拌功率

攪拌器型式K1K2攪拌器型式K1K2

葉推進式雙葉單平漿式d/b=443.01.0d/b=636.5

4.5d/b=833.0六葉直葉渦輪3.049.06.171.04.8螺帶式340h/d

六葉斜葉渦輪1.5搪瓷錨式245

四葉直葉圓盤渦輪六葉直葉圓盤渦輪六葉彎葉圓盤渦輪s=ds=2d41.043.570.070.070.070.070.00.32四葉雙平漿式d/b=6六葉三平漿式d/b=62.751.151.602.253.82注：s-漿葉螺距；d-旋轉(zhuǎn)直徑；b-漿葉寬度；h-螺帶高度。(一)均相液體的攪拌功率

表3-2攪拌器的K1、K2值

又如，由完全湍流區(qū)(Re>104)的功率曲線可得有擋板時的攪拌功率計算式為

(3-9)式中K2—與攪拌器結構型式有關的常數(shù),攪拌器的K2值見表3-2。(一)均相液體的攪拌功率

對于無擋板且Re>300的攪拌系統(tǒng)，重力的影響不能忽略，此時式(3-6)中的b可按下式計算

(3-10)式(3-10)中、的值取決于物料的流動狀況及攪拌器的型式和尺寸。常見攪拌器的、值見表3-3。(一)均相液體的攪拌功率表3-3攪拌器的

和

值(Re>300)d/D三葉推進式六葉彎葉渦輪六葉直葉渦輪0.480.370.330.300.200.300.33

2.62.32.11.701.01.0

181818181840.040.0(一)均相液體的攪拌功率

例3-1某釜式反應器的內(nèi)徑為1.5m，裝有六葉直葉圓盤渦輪式攪拌器，攪拌器的直徑為0.5m，轉(zhuǎn)速為150rpm，反應物料的密度為960kg

m-3，粘度為0.2Pas。試計算攪拌功率。

解：(1)計算Re

(一)均相液體的攪拌功率(2)計算攪拌功率P由圖3-13中的曲線5查得=1.8；由表3-3查得=1.0，=40.0。則(一)均相液體的攪拌功率由式(3-3)和(3-6)得

W(一)均相液體的攪拌功率

功率曲線都是以一定型式、尺寸的攪拌器進行實驗而測得的,利用功率曲線計算攪拌功率,攪拌器的型式、尺寸應符合功率曲線的測定條件。然而，在實際生產(chǎn)中，攪拌器的型式、尺寸是多種多樣的，其功率曲線往往不能從手冊或資料中直接查到。此時，若已知各種參數(shù)對攪拌功率的影響，則可按構型相似的攪拌器的功率曲線計算出攪拌功率，然后再加以校正,估算出實際裝置的攪拌功率。(一)均相液體的攪拌功率(1)漿葉數(shù)量的影響(2)漿葉直徑的影響(3)漿葉寬度的影響(4)液層深度的影響(5)漿葉層數(shù)及層間距的影響

(一)均相液體的攪拌功率

對圓盤渦輪式攪拌器，可先利用圖3-13計算出攪拌功率，再按下式進行校正

(3-11)式中P

—校正后的攪拌功率,W或kW;

P—按6片漿葉由圖3-13求出的攪拌功率,W或kW;nb—實際漿葉數(shù);m1—與漿葉數(shù)有關的常數(shù)。當nb=2,4,6時,m1=0.8;當nb=8,10,12時,m1=0.7。(一)均相液體的攪拌功率

當漿葉直徑不符合d/D=1/3時，可先利用圖3-13計算出攪拌功率，再按下式進行校正

(3-12)式中m2——與攪拌器型式有關的常數(shù)。對推進式或渦輪式攪拌器，m2=0.93；對漿式攪拌器，m2=1.1。(一)均相液體的攪拌功率

當漿葉寬度不符合b/d=1/4時，可先利用圖3-13計算出攪拌功率，再按下式進行校正

(3-13)式中m3——與攪拌器型式、尺寸及物料流動狀況有關的常數(shù)。湍流狀態(tài)下，對徑向流葉輪(平漿、開式渦輪)，m3=0.3~0.4；對六葉圓盤渦輪，當b/d=0.2~0.5時，m3=0.67。(一)均相液體的攪拌功率

當液層深度不符合HL/D=1時，可先利用圖3-13計算出攪拌功率，再按下式進行校正

(3-14)(一)均相液體的攪拌功率

若液層過高，即使是低粘度液體，也要考慮設置多層漿葉。一般情況下，當時，應考慮采用多層漿葉，各層漿葉之間的距離可取漿徑的1.0~1.5倍。(一)均相液體的攪拌功率

如圖所示,當層間距s1大于1.5d時,雙層直葉的功率約為單層直葉的2倍,直葉和折葉組合的功率約為單層直葉的1.5倍,而雙層折葉的功率與單層直葉的功率基本相當。(一)均相液體的攪拌功率

圖3-14開啟渦輪的層間距對功率的影響1-雙層直葉;2-直葉與折葉;3-雙層折葉P1-單層直葉的功率,P2-雙層渦輪的功率

對于推進式攪拌器，在層流區(qū)，雙層推進式的功率約為單層時的2倍；而在湍流區(qū)，雙層推進式的功率隨著層間距的增大而線性增大，如圖所示。

圖3-15推進式的層間距對功率的影響P1-單層時的功率，P2-雙層時的功率(一)均相液體的攪拌功率

例3-2某釜式反應器的內(nèi)徑為1.5m,裝有單層8葉直葉圓盤渦輪式攪拌器,攪拌器的直徑為0.4m,轉(zhuǎn)速為150rpm，葉片寬度約為葉輪直徑的1/5。釜內(nèi)裝有擋板，并符合全擋板條件。裝液深度為2m，物料密度為1000kg

m-3，粘度為0.004Pas。試計算攪拌功率。

解：以圖3-13中的曲線6為依據(jù)進行計算。曲線6所對應的攪拌器為單層六葉直葉圓盤渦輪式攪拌器，其幾何尺寸為d/D=1/3、b/d=1/4、HL/D=1，并符合全擋板條件。

(一)均相液體的攪拌功率

(1)由圖3-13中的曲線6計算攪拌功率由圖3-13中的曲線6查得。由式(3-3)得

W

(一)均相液體的攪拌功率(2)校正漿葉數(shù)量的影響

由式(3-11)得

W(3)校正漿葉直徑的影響

由式(3-12)得

W(一)均相液體的攪拌功率(4)校正漿葉寬度的影響

由式(3-13)得W(5)校正液層深度的影響

由式(3-14)得

W故所求攪拌功率為P=P5=1577.2W

1.58kW(一)均相液體的攪拌功率

1.液—液相攪拌對于液—液非均相體系，可先計算出平均密度和平均粘度，再按均相液體計算攪拌功率。

(1)平均密度(3-15)式中

d—分散相的密度，kg

m-3；

c—連續(xù)相的密度，kg

m-3；

d—分散相的體積分率。(二)非均相液體的攪拌功率

(2)平均粘度當兩相液體的粘度均較低時

(3-16)式中

d—分散相的粘度，Pa

s；

c—連續(xù)相的粘度，Pa

s。(二)非均相液體的攪拌功率

對常用的水—有機溶劑體系，當水的體積分率

w小于40%時，

(3-17)式中

w—水相的粘度,Pa

s；

o—有機溶劑相的粘度,Pa

s。當

w>40%時(3-18)(二)非均相液體的攪拌功率

2.氣—液相攪拌通入氣體后，攪拌器周圍液體的表觀密度將減小，從而使攪拌所需的功率顯著降低。對于渦輪式攪拌器,通氣攪拌功率用下式計算(3-19)式中Pg、P—分別為通氣和不通氣時的攪拌功率，W或kW；

Q—操作狀態(tài)下的通氣量,m3

s-1。(二)非均相液體的攪拌功率

例3-3若在例3-2的反應釜中通入空氣，操作狀態(tài)下的通氣量為2m3

min-1，求攪拌功率。解：則

kW(二)非均相液體的攪拌功率

3.固—液相攪拌當固體顆粒的量不大時，可近似看成均一的懸浮狀態(tài)。此時可先計算出平均密度和平均粘度，再按均相液體計算攪拌功率。

(1)平均密度

(3-20)式中

s—固體顆粒的密度,kg