制藥工程原理與設(shè)備第三章分離與攪拌沉降過(guò)濾離心分離攪拌第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)目錄一、機(jī)械攪拌裝置的構(gòu)成典型的攪拌裝置主要由下列部分組成:(1)攪拌槽:裝盛被攪拌物的容器。攪拌槽一般為直立的圓筒槽，攪拌器通常固定于其頂蓋，槽底的構(gòu)型以有利于流線形流動(dòng)為宜，故多為碟形底，亦可用平底。錐形底因易形成停滯區(qū)及易使懸浮著的顆粒沉聚，除特殊場(chǎng)合外一般不采用。為滿足傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的需要，攪拌槽往往配置有加熱或冷卻夾套。(2)攪拌器:電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)軸及安裝在軸底的葉輪(或稱(chēng)推動(dòng)器)。攪拌器是攪拌設(shè)備的核心部件，通常由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或通過(guò)減速裝置傳動(dòng)，將機(jī)械能傳給液體，推動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)攪拌操作。4圖4-24攪拌器的裝置1—電機(jī)；2—減速器；3—加料(3)輔助部件:包括密封裝置、支架、導(dǎo)流筒及槽壁上的管；4—軸；5—夾層；6—攪拌第四節(jié)

攪拌4槽；

7—攪拌器擋板等。二、攪拌器的類(lèi)型(一)攪拌罐中流體的流動(dòng)類(lèi)型攪拌罐中流體循環(huán)流動(dòng)是達(dá)到物料混合所不可缺少的流動(dòng)狀態(tài),而渦流擴(kuò)散、剪切流又是快速達(dá)到攪拌目的所必須的。攪拌器的形狀與運(yùn)轉(zhuǎn)情況是決定攪拌罐內(nèi)流體流動(dòng)狀況最主要的因素。根據(jù)攪拌器主要的排液方向?qū)⑵浞譃閺较蛄餍秃洼S向流型。徑向流型攪拌器中流體的流動(dòng)方向主要與攪拌罐壁和攪拌軸垂直,流體在攪拌罐壁和攪拌軸附近轉(zhuǎn)折向上下垂直流動(dòng)。軸向流型攪拌器中流體的流動(dòng)方向主要與攪拌罐和攪拌軸平行。第四節(jié)

攪拌55軸向流型徑向流型(二)攪拌器類(lèi)型1.漿式轉(zhuǎn)速:1~100r/min黏度:<2Pa·s流動(dòng)狀態(tài):有軸向分流和環(huán)向分流:低速時(shí)水平環(huán)向流為主；高速時(shí)以徑向流為主應(yīng)用范圍:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用于低黏度液體的混合、固體微粒的溶解和懸浮及氣體分散等操作2.螺旋漿式轉(zhuǎn)速:100~500r/min黏度:<2Pa·s流動(dòng)狀態(tài):軸向流型，循環(huán)速率高，剪切力6小應(yīng)用范圍:主要用于互溶液體的混合、固體的懸浮、強(qiáng)化攪拌槽內(nèi)傳熱等第四節(jié)

攪拌63.渦輪式轉(zhuǎn)速:30~500r/min黏度:低黏度、高黏度均適用流動(dòng)狀態(tài):徑向流型應(yīng)用范圍:應(yīng)用廣泛，尤適用于不互溶液體的混合、氣體和固體的溶解、固體的懸浮、液相反應(yīng)相傳熱等操作4.螺帶式轉(zhuǎn)速:0.5~50r/min黏度:<100Pa·s流動(dòng)狀態(tài):軸向流型，一般是流體沿?cái)嚢璨郾诼菪仙傺貪{軸下降,層流狀態(tài)下操作應(yīng)用范圍:螺帶式攪拌器主要用于中、合、反應(yīng)及傳熱等過(guò)程第四節(jié)

攪拌7高黏度液體的混75.錨式轉(zhuǎn)速:1~100r/min黏度:<100Pa·s流動(dòng)狀態(tài):水平環(huán)向流；層流狀態(tài)操作應(yīng)用范圍:適用于不太強(qiáng)烈攪拌，必須涉及全部液體的場(chǎng)合，以及用于攪拌含有相當(dāng)多固體的懸浮物6.框式轉(zhuǎn)速:1~100r/min黏度:<100Pa·s流動(dòng)狀態(tài):水平環(huán)向流；層流狀態(tài)操作8應(yīng)用范圍:適用于不太強(qiáng)烈攪拌，必須涉及全部液體的場(chǎng)合，以及用于攪拌含有相當(dāng)多固體的懸浮物第四節(jié)

攪拌8三、混合機(jī)制(一)總體流動(dòng)將兩種不同的流體置于槽內(nèi),開(kāi)動(dòng)攪拌器,攪拌器的葉輪把能量傳給液體,產(chǎn)生高速液流,這股液流又推動(dòng)周?chē)囊后w,在槽內(nèi)形成一個(gè)循環(huán)流動(dòng)。在總體流動(dòng)的作用下,促進(jìn)了槽內(nèi)液體宏觀上的均勻混合。(二)渦流運(yùn)動(dòng)當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí),所產(chǎn)生的高速液流通過(guò)靜止的或運(yùn)動(dòng)速度較低的液體中時(shí),由于高速液體和低速液體在其交界面上產(chǎn)生了速度梯度,使界面上的液體受到很大的剪切作用,因而產(chǎn)生大量旋渦,并且迅速向周?chē)鷶U(kuò)散,進(jìn)行上下、左右、前后各方向紊亂的且又是瞬間改變速度的運(yùn)動(dòng)。9第四節(jié)

攪拌9當(dāng)流體達(dá)到湍流狀態(tài)。若攪拌槽為平底圓形且光滑無(wú)障礙，攪拌器置于槽中心，液體的黏度不大，在攪拌軸附近會(huì)形成旋渦。攪拌器轉(zhuǎn)速越大，形成的旋渦越深，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“打旋”。旋渦中心的液體幾乎與攪拌軸作同步旋轉(zhuǎn)，類(lèi)似于一個(gè)回轉(zhuǎn)的圓形固體柱，稱(chēng)之為“圓柱形回轉(zhuǎn)區(qū)”?！按蛐焙蠊?有效容積降低，且?guī)缀醪划a(chǎn)生軸向混合，攪拌效果下降。嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)負(fù)壓，從表面吸入空氣，使攪拌器不能正常操作。10第四節(jié)

攪拌圖4-26湍流無(wú)擋板產(chǎn)生“

圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)

”10(三)“打旋

”現(xiàn)象四、攪拌器的強(qiáng)化為達(dá)到均勻混合，攪拌器應(yīng)具備兩個(gè)功能:在釜內(nèi)形成一個(gè)循環(huán)流動(dòng)；同時(shí)希望產(chǎn)生強(qiáng)剪切或湍動(dòng)。循環(huán)回路中消耗的能量越大，說(shuō)明液流中旋渦運(yùn)動(dòng)越劇烈，內(nèi)部剪應(yīng)力越大，即湍動(dòng)程度越高。攪拌器的強(qiáng)化措施:(一)提高攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌器的工作原理與泵的葉輪相同。攪拌器旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速可提高攪拌器旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓頭，同時(shí)可向液體提供更多的能量，從而提高攪拌效果。11第四節(jié)

攪拌11(二)抑制“打旋”現(xiàn)象(1)在攪拌槽內(nèi)裝設(shè)擋板最常用的擋板是沿容器壁面垂直安裝的條形鋼板,它可以有效地阻止容器內(nèi)的環(huán)形流動(dòng)。設(shè)置擋板后,液流在擋板后造成旋渦。這些旋渦隨主體流動(dòng)遍及全釜,提高了混合效果。同時(shí),擋板可將環(huán)形流動(dòng)轉(zhuǎn)化為徑向流動(dòng)和軸向流動(dòng),并增大被攪拌液體的湍動(dòng),從而改善攪拌效果。擋板通常設(shè)置4個(gè)已足夠,再多也不會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)湍動(dòng)。如果容器非常大,則可適當(dāng)增加擋板數(shù)目。此外,攪拌12槽內(nèi)的溫度計(jì)插管、各種形式的換熱管等也在一定程度

上起著擋板的作用。第四節(jié)

攪拌122.抑制“打旋”現(xiàn)象(2)偏心安裝將攪拌器偏心安裝，以破壞液體循環(huán)回路的對(duì)稱(chēng)性，并加劇液體的湍動(dòng)程度，從而可有效地抑制打旋現(xiàn)象，顯著地提高攪拌效果。此外，將攪拌器偏心且傾斜地安裝或?qū)嚢杵髌乃降匕惭b于大型釜的下部，均可有效地抑制或消除打旋現(xiàn)象，提高攪拌效果。13第四節(jié)

攪拌(a)偏心安裝

(b)偏心水平安裝132.抑制“打旋”現(xiàn)象(3)裝設(shè)導(dǎo)流筒在攪拌槽內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流筒，可以嚴(yán)格控制回流液體的速度和流動(dòng)方向。導(dǎo)流筒的作用，不僅可以提高槽內(nèi)液體的攪拌程度，加強(qiáng)葉輪對(duì)液體的剪切作用，而且還確立了充分的循環(huán)流型，使槽內(nèi)的液體均通過(guò)導(dǎo)流筒內(nèi)的劇烈混合區(qū)域，從而提高混合效率，消除了短路現(xiàn)象。第四節(jié)

攪拌(a)螺旋式葉輪；(b)渦輪式攪拌器1414五、攪拌裝置的選型通常采用攪拌裝置選型方法是根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選擇習(xí)慣上應(yīng)用的槳型，然后再根據(jù)常用范圍選取攪拌器的主要參數(shù)。一種好的選型方法最好滿足兩個(gè)條件:一是選擇結(jié)果合理；二是選擇方法簡(jiǎn)單。1.液體黏度根據(jù)攪拌質(zhì)黏度的大小選型是一種基本方法隨著黏度的變化，各種攪拌器的使用順序?yàn)闃阶冃?、槳式、渦輪式、旋漿式旋漿式又分為小容量液體時(shí)用高轉(zhuǎn)速，大容量液體時(shí)用低轉(zhuǎn)速2.攪拌器特性旋漿式、槳式、渦輪式適用于大功率場(chǎng)合15渦輪式適合分散操作、固體懸浮、固體溶解、氣體吸收等過(guò)程第四節(jié)

攪拌15攪拌器放大將小型攪拌裝置逐步放大到生產(chǎn)規(guī)模，即通過(guò)小試和中試階段，最后達(dá)到工業(yè)規(guī)模，對(duì)此過(guò)程稱(chēng)為單元放大過(guò)程。單元放大過(guò)程使用的主要依據(jù)是相似性原則，包括:(1)幾何相似—實(shí)驗(yàn)規(guī)模與生產(chǎn)設(shè)備的相應(yīng)幾何尺寸比例相等。(2)運(yùn)動(dòng)相似—幾何相似系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)位置上流體運(yùn)動(dòng)速度之比相等，且有相同的運(yùn)動(dòng)方向。(3)動(dòng)力相似—幾何相似系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)位置上各