• 高黏流體的攪拌過程特征及對攪拌的要求

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    2017 08 08

    工業生產中高黏度流體的使用日漸增多,許多高分子聚合物都是高黏度流體,它們很多又是非牛頓流體,在攪拌過程中黏度還會發生變化,因而對攪拌器的要求就更高,要求攪拌器能夠適應黏度的變化完成攪拌操作。高黏流體的攪拌常泛指互溶的高黏度液體間的混合。但高黏流體攪拌在工業中也有分散、固體溶解、化學反應等多種非均相操作。

    攪拌操作時,用攪拌器對低粘度互溶液造成湍流并不困難,但黏度達到較高水平后,由于粘滯力的影響,就只能出現層流狀態。尤其困難的是,這種層流也只能出現在攪拌器的附近,離槳葉稍遠些地方的高黏度液體仍是靜止的。這樣就很難造成液體在攪拌設備內的循環流動,即在設備內會有死區存在,對混合、分散、傳熱、反應等各種攪拌過程十分不利。所以,高黏度液體攪拌的首要問題就是要解決流體流動與循環的問題。在這種情況下,不能靠增大攪拌轉速來提高攪拌器的循環流量,因為流體黏度較高時,攪拌器拍出的流量很少,轉速過高還會在高黏度溶液中形成溝流,而周圍液體仍為死區。較為有效的解決辦法是設法使攪拌器推動更大范圍的流體。因此,高黏度液體的攪拌器直徑與攪拌設備內徑之比、槳葉的寬度與設備內徑之比都要求比較大,有時還要求增加攪拌器的層數,以增大攪拌范圍。

     從攪拌機理來看,在攪拌裝置層流區混合高黏度液體時,液體單元經受剪切細分作用被拉長、拉細或分割,隨著剪切時間的增加,逐漸達到混合。同時,由于攪拌裝置內剪切場不是均勻的,例如錨式攪拌器在錨與釜壁間的間隙區是強剪切區,液體的混合速率較快,而釜中部區域則是低剪切區,混合速率較慢,因此,高剪切區與低剪切區間的液體交換速率或液體在釜內的循環能力也是影響混合的重要因素。

            此外,攪拌設備內流體的速度波動也能促進混合。換言之,高黏度液體的混合速率主要取決于攪拌器與釜壁表面間的相對運動速率及相互之間的距離,為此也要求用于高黏流體的攪拌器,攪拌器直徑與攪拌設備內徑的比值都相當大。實際生產過程中,常用的黏性流體攪拌器有錨式攪拌器、螺帶式攪拌器、框式攪拌器等。


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