拌裝置中的攪拌體系分析

今天我們來分享一下攪拌器放大過程中的攪拌體系分析。通常來說，攪拌器的攪拌體系中某一點的狀態(tài)可以通過一系列狀態(tài)變量來表示。如溫度、壓力、流速、濃度等。作為一種基本方法，一個復(fù)雜的體系常常可以分解成幾個簡單的子體系進行實驗和分析，從而使所獲得的基本數(shù)據(jù)更有表征的價值，如在小試和模試中通常將反應(yīng)和傳遞因素進行單獨研究。但是被分離的變量之間常常存在互動和耦合效應(yīng)，所以中試時經(jīng)常將它們重新合并研究。如果兩個子體系之間的連接是單方向的（比如i到j(luò)，j體系的輸入=i體系的輸出），則兩個體系通常是獨立的。對于兩個變量是明顯互相耦合在一起的，要避免將它們分離研究，或必須研究它們之間的耦合效應(yīng)。舉例來說，可以將一個復(fù)雜的化工過程分成進料段、反應(yīng)段和后處理段進行分離研究，其中攪拌器的反應(yīng)器往往是復(fù)雜的單元器，但難以再繼續(xù)細(xì)分。

當(dāng)體系確定，輸入變量、輸出變量、作用參數(shù)等隨之可以確定。比如，輸入變量可以包括進料中的化學(xué)組成和純度等。輸出變量可以包括流出物的化學(xué)組成，流出速率等。作用參數(shù)包括進料速率、催化劑類型、反應(yīng)器進口溫度、反應(yīng)器進口壓力、再循環(huán)流率等。當(dāng)完成對子體系的定義后，需要對單個子體系進行研究，即小試研究。當(dāng)小試完成后，需要考慮放大到模試。在模試階段，除了考慮與小試過程同樣關(guān)心的變量——轉(zhuǎn)化率外，反應(yīng)罐攪拌器，還要考慮副反應(yīng)問題、熱力學(xué)平衡、物理性質(zhì)、化學(xué)平衡、熱傳遞、相間和相內(nèi)的質(zhì)量傳遞、流體或固體的流動等。

與牛頓流體不同，黏彈性流體在描述剪切流動行為時，需要三個物質(zhì)函數(shù)才能描述，即黏度物質(zhì)函數(shù)、法向應(yīng)力系數(shù)、第二法向應(yīng)力系數(shù)。

目前描述黏彈性流變行為的力學(xué)模型主要有三種：經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀⒕€性黏彈性模型和分子模型。

(1)經(jīng)驗?zāi)Ｐ停饕獊碜詫α髯儗嶒灲Y(jié)果的直接關(guān)聯(lián)。常用的方法是通過攪拌器運行實驗測量得到：1.切應(yīng)力和切應(yīng)變速率的對應(yīng)數(shù)據(jù)，2.法向應(yīng)力差和切應(yīng)變速率的對應(yīng)數(shù)據(jù)確定物質(zhì)函數(shù)。剪切黏度模型仍然可以出現(xiàn)純黏性流體模型中述及的各種形式；法向應(yīng)力系數(shù)則通常表示成各種形式的y2函數(shù)或與Weissenberg數(shù)進行關(guān)聯(lián)。

(2)線性黏彈性模型，假設(shè)流體的黏彈性可以通過理想的黏性和彈性“元件”各種線性疊加進行描述。

(3)分子模型，海口攪拌器，這種方法主要出現(xiàn)在對聚合物溶液體系流變行為的描述，如珠簧鏈模型和啞鈴模型。

螺帶要用支撐拉桿固定在攪拌軸上，一般每個螺距內(nèi)要在螺帶上焊上2—3根拉桿。拉桿的里端制成半圓狀的軸環(huán)，軸環(huán)方面也可以根據(jù)需要使用軸肩，不過軸肩的價格肯定是要比軸環(huán)高一些，用螺桿夾緊在攪拌軸上。為了可靠地傳遞扭矩，制漿池攪拌器，在若干軸環(huán)上有鍵與攪拌軸相配，不銹鋼攪拌器，其他軸環(huán)上僅有止動螺釘即可（止動螺釘是和拉桿配合使用，主要是用于控制三板模中的定模座板，并且可在高溫環(huán)境中精密操作，可使螺帶式攪拌器適用于各種環(huán)境），如果螺帶很長，可分段制造，各段之間再用螺栓連接起來形成一體，典型的螺帶式攪拌器結(jié)構(gòu)如圖2-62。也有的結(jié)構(gòu)是將很長的螺帶分成獨立的幾段，每段內(nèi)螺帶焊成一體，而各段獨立地用拉桿軸環(huán)固定在攪拌軸上，各段螺帶間并無連接。

螺帶式攪拌器的通用尺寸為槳葉寬與罐徑比b/D=0.1，螺距與槳徑比s/dj=0.5-1.0。當(dāng)用圓鋼制作時，都是用在小的槳徑上，如某些引進攪拌器中有的槳徑dj=275mm，其圓鋼螺帶直徑10mm;有的槳徑dj=425mm，其圓鋼螺帶直徑15mm。