反應(yīng)釜用攪拌器—概述
反應(yīng)釜攪拌器主要應(yīng)用均相液體的混合，液液分散，氣液相分散，固液分散，固液溶解，強(qiáng)化傳熱。于化工、聚合物、生物、制藥等領(lǐng)域，主要選型需考慮密封、罐體尺寸、介質(zhì)粘度、攪拌混合效果、防爆、安裝位置等多個方面。
反應(yīng)釜帶攪拌器的結(jié)晶過程是很困難的，特別是要求嚴(yán)格控制結(jié)晶大小的時候。一般是小直徑的快速攪拌，如渦輪式，適用于微粒結(jié)晶，而大直徑的慢速攪拌，如漿式，可用于大晶體的結(jié)晶。
于液體的粘度對攪拌狀態(tài)有很大的影響，所以根據(jù)反應(yīng)釜內(nèi)攪拌介質(zhì)粘度大小來選型是一種基本的方法。低粘度均相液體混合，是難度較小的一種攪拌過程，只有當(dāng)容積很大且要求混合時間很短時才比較困難。
對分散操作過程，渦輪式因具有高剪切力和較大循環(huán)能力，所以較為合用，特別是平直葉渦輪的剪力作用比折葉和彎葉的剪力作用大，就更為合適。推進(jìn)式、漿式由于其剪切力比平直葉渦輪式的小，所以只能在液體分散量較小的情況下可用，而其中漿式很少用于分散操作。分散操作都有擋板來加強(qiáng)剪切效果。
反應(yīng)釜用攪拌器—常見介質(zhì)
| 攪拌操作目的 | 流 動 狀 態(tài) | 物 性 | ||||||||||||
| 連 續(xù) 相 | 相對速度 | 粘度 | 粘度差 | 密度 | 密度差 | 擴(kuò)散系數(shù) | 表面張力 | 導(dǎo)熱系數(shù) | 比熱容 | 粒徑濃度分布 | ||||
| 循環(huán)速率 | 湍流擴(kuò)散 | 剪切流 | ||||||||||||
| 均相混合 | 低粘度液 高粘度液 | ¤ ¤ | ¤ | ¤ | ○ | ¤ | ○ ¤ | |||||||
| 分散 | 液-液相系 氣-液相系 固-液相系 | ¤ ¤ ¤ | ¤ ¤ ¤ | ¤ ¤ ¤ | ¤ ○ | ○ | ○ ○ | ¤ ○ | ○ ○ | |||||
| 固液懸浮（固-液相系） 溶解（固-液相系） 結(jié)晶（固-液相系） 浸取（固-液相系） 萃取（液-液相系） 乳化（液-液相系） 吸收（氣-液相系） 傳熱（氣-固-液相系） | ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ○ ¤ ¤ | ¤ ¤ ○ ○ | ○ ¤ ¤ ¤ ¤ ○ | ¤ ¤ ○ ○ | ○ ¤ | ¤ | ○ ○ ○ ○ | ¤ ¤ ○ | ○ ○ ○ | ¤ ○ | ¤ | ○ | ¤ ¤ | |
反應(yīng)釜用攪拌器—選型參數(shù)表
| 攪拌器類型 | 流動狀態(tài) | 攪拌目的 | *高粘度 Pa.s | |||||||||||
| 對流循環(huán) | 湍流循環(huán) | 剪切流 | 流型 | 低粘混合 | 高粘混合 | 分散 | 溶解 | 懸浮 | 氣體吸收 | 結(jié)晶 | 傳熱 | 液相反應(yīng) | ||
| 直葉渦輪 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||
| 折葉渦輪 | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||
| 推進(jìn)式 | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 2 | |||
| 槳式 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍/過渡流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||
| 旋槳式 | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 10 | ||||
| 盤式渦輪 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 10 | |||||
| 布魯馬金 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||||
| 三葉后掠 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||||
| 錨框式 | ¤ | 層/過渡流 | ¤ | ¤ | ¤ | 100 | ||||||||
| 螺帶/桿式 | ¤ | 層/過渡流 | ¤ | ¤ | 150 | |||||||||
反應(yīng)釜用攪拌器—各因素關(guān)系
| 操作目的 | 推薦攪拌器 | 評估攪拌效果的特性參數(shù) | 過度攪拌對過程影響 | 攪拌器的循環(huán)流量或剪切力的重要性 |
| 均相低粘度液混合 （易溶液體調(diào)和） | 推進(jìn)式、軸流旋槳及渦輪式等 | 混合時間，混合指數(shù)，翻轉(zhuǎn)次數(shù)，均勻度 | 無影響，但返混增大 | 提高循環(huán)流量能增大攪拌效果，剪切力影響小 |
| 均相高粘度液混合 | 錨框式、螺帶、螺桿、大葉片式等 | 混合時間，剪切速率，翻轉(zhuǎn)次數(shù)，均勻度 | 依據(jù)多數(shù)非牛頓流體特性來判斷 | 循環(huán)流量及剪切速率均能增大攪拌效果 |
| 液-液分散 （不互溶液體混合） | 軸流式渦輪、圓盤式渦輪、直葉渦輪等 | 均勻分散時間，液滴比表面積、平均滴徑或滴徑分布，分散均勻度 | 兩相再分開困難，返混增大 | 剪切力用作分裂液滴，循環(huán)流動使液滴通過葉輪強(qiáng)剪切區(qū)次數(shù)增多 |
| 氣-液分散 氣-液吸收 | 盤式渦輪、大葉片式軸流渦輪等 | 分散時間,氣泡比表面積、平均滴徑或滴徑分布，溶氣率，臨界分散轉(zhuǎn)速 | 生成難于破碎的泡沫及較穩(wěn)定的小氣泡，返混增大 | 剪切力用作分裂氣泡，循環(huán)流動使氣泡通過葉輪強(qiáng)剪切區(qū)次數(shù)增多 |
| 固-液分散 | 均化器、鋸齒圓盤、膠體磨等 | 固體破碎程度，粒子分布均勻度、潤濕程度 | 易產(chǎn)生乳化 | 剪切力用作打散粒子，循環(huán)流動使粒子通過葉輪強(qiáng)剪切區(qū)次數(shù)增多 |
| 固-液懸浮 | 推進(jìn)式、軸流旋槳、軸流渦輪等 | 懸浮狀態(tài)，臨界懸浮轉(zhuǎn)速，固液濃度，比表面積 | 脆性粒子破碎 | 提高循環(huán)流量提高攪拌效果，剪切力無影響 |
| 固-液溶解 | 推進(jìn)式、軸流旋槳、軸流渦輪等 | 溶解速度，以固粒表面積為基準(zhǔn)的液膜傳質(zhì)系數(shù)及總?cè)莘e傳質(zhì)系數(shù) | 無影響，離底懸浮即可 | 提高循環(huán)流量提高攪拌效果，剪切力影響有一定影響 |
| 固-液結(jié)晶 | 槳式、開啟渦輪、推進(jìn)式加導(dǎo)流筒等 | 結(jié)晶速率，晶粒大小和均勻度 | 晶粒被破碎，生成大量晶核 | 提高循環(huán)流量提高攪拌效果，剪切力決定晶粒粒徑的大小。 |
| 固-液浸取 | 槳式、軸流旋槳等 | 懸浮狀態(tài)，固液濃度，比表面積，溶解速度 | 無影響 | 提高循環(huán)流量提高攪拌效果，剪切力無影響 |
| 液-液萃取 | 軸流旋槳、直葉渦輪、盤式渦輪等 | 萃取速率，萃取效率，液滴比表面積，液膜傳質(zhì)系數(shù)和總?cè)莘e傳質(zhì)系數(shù) | 兩相再分開困難，返混增大 | 剪切力用作分裂液滴，循環(huán)流動使液滴通過葉輪強(qiáng)剪切區(qū)次數(shù)增多 |
| 液-液乳化 | 直葉渦輪、均化器、膠體磨、鋸齒圓盤等 | 乳化速率，液滴大小及均勻度 | 液滴過小 | 剪切力用作分裂液滴，循環(huán)流動使液滴通過葉輪強(qiáng)剪切區(qū)次數(shù)增多 |
| 傳熱（氣、固、液） | 推進(jìn)式、軸流渦輪、布魯馬金、三葉后掠式等 | 傳熱速率，液膜傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù) | 無影響， | 提高循環(huán)流量提高攪拌效果，剪切力影響小 |
| 反應(yīng)（氣、固、液） | 按特定的反應(yīng)條件要求配給 | 反應(yīng)時間，傳熱、傳質(zhì)要求，翻轉(zhuǎn)次數(shù)。對高分子聚合，轉(zhuǎn)化率、相對分子量及分布為主要指標(biāo) | 據(jù)不同反應(yīng)各有要求 | 循環(huán)流量及剪切力對反應(yīng)均有影響。 |
反應(yīng)釜用攪拌器—常用槳端線速度及體積比功率值（按水溶液或類似溶液）
| 攪拌方式 | 緩慢攪拌 | 普通攪拌 | 強(qiáng)力攪拌 | 特強(qiáng)攪拌 | 高速分散和乳化 |
| 槳端線速度m/s | 2.0~3.3 | 3.3~4.2 | 4.2~6.0 | 6.0以上 | 15~30（預(yù)分散用小值） |
| 單位體積攪拌功率 kw/m3 | 0.15以下 | 0.15~1.0 | 1.0~3.0 | 3.0以上 | 5~30 |
反應(yīng)釜用攪拌器—各種工藝過程常見液體單位體積功率選用推薦值
| 攪拌工藝過程 | 液體單位體積功率kw/m3 | 攪拌工藝過程 | 液體單位體積功率kw/m3 |
| 易溶液體混合（調(diào)和） | 0.05~0.2（按混合時間） | 膠漿絮凝 | 0.3~0.8（按膠漿粘度） |
| 不互溶液體混合（分散） | 0.5~1.2（按密度、張力差） | 大型儲罐側(cè)攪拌 | 0.005~0.015（按罐體大小） |
| 固液懸浮（小密度差） | 0.2~0.4（按粒徑大小） | 傳熱 | 0.4~1.1（按攪拌器型式） |
| 氣液分散和吸收（空氣） | 0.5~3.0（按通氣量大小） | 間歇發(fā)酵、聚合反應(yīng)釜 | 0.5~3 （按反應(yīng)要求） |
| 固體有機(jī)物溶解 | 0.3~0.5（按密度差） | 本體聚合反應(yīng)釜(層流) | 5~30 (按粘度大小) |
| 固體無機(jī)物溶解 | 0.5~1.1（按密度差） | 高速液液乳化 | 5~30（按乳化液安定程度） |
| 機(jī)械爆氣 | 0.010~0.03（按爆氣強(qiáng)度） | 注：除注明外，本表推薦值均指液體為湍流操作 | |
反應(yīng)釜用攪拌器—攪拌等級
| 攪拌等級 | 液液混合 | 固液懸浮 | 氣液分散 |
| 1~2級 | 適用于低流動速度的工藝過程 ①比重差小于0.1互溶液混均。 ②粘度比大于1/100互溶液混均。 ③不同物料長時間混合均勻。 ④混合液體表面產(chǎn)生平穩(wěn)流動。 | 適用于*低固液懸浮的工藝過程 ①顆粒在容器底部緩慢移動。 ②容器底部顆粒可有周期性懸浮沉降。 | 適用于氣液分散不是關(guān)鍵因素的工藝過程 ①攪拌器超過臨界轉(zhuǎn)速，較低水平的氣液分散。 ②不受氣液傳質(zhì)限制的過程。 |
| 3~5級 | 適用于普通混合攪拌工藝過程 ①比重差小于0.5互溶液混均。 ②粘度比大于1/1000互溶液混均。 ③低粘度液體表面產(chǎn)生小波動。 | 適用于溶解攪拌工藝過程。離底固液懸浮 ①顆粒離開容器底部懸浮。 ②顆粒在1/3液體高度均勻。 ③懸浮液可從底部出口排出。 | 適用于普通氣液分散的工藝過程 ①可使小氣泡達(dá)到容器壁。 ②可使部分氣泡再循環(huán)到攪拌器產(chǎn)生再循環(huán)。 |
| 6~8級 | 適用于大多數(shù)混合攪拌工藝過程 ①比重差小于1.0互溶液混均。 ②高粘度差互溶液混均。 ③低粘度液體表面產(chǎn)生大波動。 | 適用于大多數(shù)固液懸浮攪拌工藝過程。固液懸浮均勻 ①顆粒在95%液體高度均勻。 ②懸浮液可從80%液體高度處排出。 | 適用于常見氣液分散的工藝過程 ①可使氣泡表面積達(dá)到一定的傳質(zhì)要求。 ②可使多數(shù)氣泡產(chǎn)生再循環(huán)。 |
| 9~10級 | 適用于強(qiáng)烈混合攪拌工藝過程 ①比重差較大互溶液混均。 ②高粘度差互溶液混均。 ③低粘度液體表面產(chǎn)生激烈波動。 | 適用于完全均勻固液懸浮攪拌工藝過程。 ①顆粒在98%液體高度均勻。 ②懸浮液可溢流排出。 | 適用于常見氣液分散的工藝過程 ①可使氣泡表面積達(dá)到*大程度。 ②可使全部氣泡產(chǎn)生再循環(huán)。 |
