搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器课件.ppt

1、第五章第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合搅拌聚合釜内流体的流动与混合学习目的与意义学习目的与意义 物料的运动、热量的交换、物质的传递物料的运动、热量的交换、物质的传递总是与总是与化学反应化学反应同时进行。同时进行。n反应速率由浓度、温度、时间等决定；反应速率由浓度、温度、时间等决定；n流动与混合决定物料浓度、温度、停留时间分流动与混合决定物料浓度、温度、停留时间分布等；布等；n搅拌决定流动与混合。搅拌决定流动与混合。5.1 5.1 概述概述n搅拌釜搅拌釜：装有：装有搅拌器搅拌器的的釜式反应器釜式反应器。据统计，。据统计，约占聚合反应器的约占聚合反应器的80%其它具有搅拌装置的容器：其它具有搅

2、拌装置的容器：原料配制槽原料配制槽、加料罐加料罐、凝聚罐凝聚罐、浆料沉析槽浆料沉析槽、贮槽贮槽n机械搅拌作用：机械搅拌作用：混合混合、搅动搅动、悬浮悬浮、分散分散混合混合：体系中的不同物质：体系中的不同物质混合均匀混合均匀。搅动搅动：物料强烈流动，：物料强烈流动，提高传热、传质速率提高传热、传质速率。悬浮悬浮：细小颗粒在液体中：细小颗粒在液体中均匀悬浮均匀悬浮，防止沉降、加速溶解等防止沉降、加速溶解等。分散分散：气体或液体在液体中充分分散成细小气泡或液滴，：气体或液体在液体中充分分散成细小气泡或液滴，促促进传质和反应，控制粒度进传质和反应，控制粒度。搅拌釜搅拌釜应具有的应具有的功能功能：推动液

3、体流动，推动液体流动，混匀物料混匀物料；提供剪切力，提供剪切力，分散物料并使之悬浮分散物料并使之悬浮；增加流体湍动，增加流体湍动，提高传热速率提高传热速率；加速物料的加速物料的分散和合并分散和合并，增大物质传递速率；，增大物质传递速率；高粘体系，高粘体系，更新表面更新表面，促使低分子物蒸出。，促使低分子物蒸出。一、基本结构一、基本结构5.2 5.2 搅拌釜搅拌釜搅拌釜搅拌釜搅拌容器搅拌容器搅拌机搅拌机筒体筒体换热元件换热元件内构件内构件夹套夹套内盘管内盘管搅拌器搅拌器搅拌轴搅拌轴密封装置密封装置传动装置传动装置1-1-电动机电动机2-2-减速机减速机3-3-机架机架4-4-人孔人孔5-5-密封

4、装置密封装置6-6-进料口进料口7-7-上封头上封头8-8-筒体筒体9-9-联轴器联轴器10-10-搅拌轴搅拌轴11-11-夹套夹套12-12-载热介质出口载热介质出口13-13-挡板挡板14-14-螺旋导流板螺旋导流板15-15-轴向流搅拌器轴向流搅拌器16-16-径向流搅拌器径向流搅拌器17-17-气体分布器气体分布器18-18-下封头下封头19-19-出料口出料口20-20-载热介质进口载热介质进口21-21-气体进口气体进口搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器二、搅拌容器二、搅拌容器作用作用: : 为物料反应提供合适的空间。为物料反应提供合适的空间。结构结构: 容器

5、容器筒体筒体圆筒圆筒封头封头椭封应用最广椭封应用最广搅拌容器搅拌容器 接管接管进出料进出料/ /排气排气/ /控制点接管控制点接管/ /传感器传感器换热元件换热元件夹管夹管/ /内盘管内盘管小型小型: :悬挂式悬挂式支座支座考虑容器大小和安装位置考虑容器大小和安装位置大型大型: :裙式支承式裙式支承式装料系数装料系数: 一般取一般取0.6 0.85 如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态取取0.6 0.7 如物料在反应过程中比较平稳如物料在反应过程中比较平稳取取0.8 0.85容积容积:Volume 卧式卧式搅拌容器搅拌容器: 筒体和左右两封头容积之和筒体和左右两

6、封头容积之和直立式直立式搅拌容器搅拌容器: 筒体和下封头两部分容积之和筒体和下封头两部分容积之和搅拌设备筒体的搅拌设备筒体的高径比高径比: 确定筒体直径、高度确定筒体直径、高度几种搅拌设备筒体的高径比几种搅拌设备筒体的高径比种类罐内物料类型高径比一般搅拌罐液-固相、液液相11.3气液相12聚合釜悬浮液、乳化液2.083.85发酵罐类发酵液1.72.5ttjDDDjDjttjDDDjDj整体夹套整体夹套 (Integral Jacket)(a) 圆筒型圆筒型(b) U型型 换热元件换热元件型钢夹套型钢夹套 (Section Steel Jacket)(a)螺旋形角钢互搭式螺旋形角钢互搭式(b)角

7、钢螺旋形缠绕角钢螺旋形缠绕半圆管夹套半圆管夹套(a) 半圆管半圆管半圆管横截面重心半圆管横截面重心r2t1Db2b1t2e2(b)弓形管弓形管弓形管横截面重心弓形管横截面重心t2e2r2b2b1Dt1半圆管夹套半圆管夹套bL3L2Lt1L3(a)螺旋形缠绕螺旋形缠绕半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装(b)平行排管平行排管Dt1折边式蜂窝夹套折边式蜂窝夹套夹套向内折边与筒夹套向内折边与筒体贴合好体贴合好, 再进行再进行焊接的结构焊接的结构 D1t1D2t2bAA向向D1t1D2edminb用冲压的小锥体用冲压的小锥体或钢管做拉撑体。或钢管做拉撑体。蜂窝孔在筒体上蜂窝

8、孔在筒体上呈正方形或三角呈正方形或三角形布置形布置 短管支撑式蜂窝夹套短管支撑式蜂窝夹套(Short- tube-support Alveolate Jacket) 螺旋形盘管螺旋形盘管(Spiral Coil) dDdD对称布置的几组对称布置的几组竖式蛇管：竖式蛇管： 传热传热 挡板作用挡板作用竖式蛇管竖式蛇管(Vertical Snake Pipe)各种碳钢夹套的适用温度和压力范围各种碳钢夹套的适用温度和压力范围夹套型式夹套型式最高温度最高温度/最高压力最高压力/MPa整体夹套整体夹套 U型型 圆筒型圆筒型3503000.61.6型钢夹套型钢夹套2002.5蜂窝夹套蜂窝夹套 短管支撑式短管

9、支撑式 折边锥体式折边锥体式2002502.54.0半圆管夹套半圆管夹套3506.4流体的流动状况（流况）：流体的流动状况（流况）： 在整个搅拌容器中流体速度在整个搅拌容器中流体速度向量向量的变化。针对搅拌的变化。针对搅拌釜的流况，可分为两个层次：宏观状况与微观状况。釜的流况，可分为两个层次：宏观状况与微观状况。5.3 搅拌釜内流体的流动状况搅拌釜内流体的流动状况1. 循环流动与剪切流动循环流动与剪切流动三种典型的流况：径向流动径向流动 轴向流动轴向流动 切线流动切线流动 一）宏观状况流动一）宏观状况流动： 宏观流动，流体以宏观流动，流体以大尺寸大尺寸（凝集流体、气泡、凝集流体、气泡、液滴液滴

10、）在大范围内（整个釜内空间）中的流）在大范围内（整个釜内空间）中的流动状况，也称为动状况，也称为循环流动循环流动。流体流动方向垂直于流体流动方向垂直于搅拌轴，搅拌轴，沿径向流动沿径向流动，碰到容器壁面分成二碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、不穿过叶片，形成上、下二个循环流动。下二个循环流动。(a)径向流径向流(a) 径向流径向流流体流动方向流体流动方向平行于平行于搅拌轴搅拌轴，流体由桨叶，流体由桨叶推动，使流体向下流推动，使流体向下流动，遇到容器底面再动，遇到容器底面再向上翻，形成上下循向上翻，形成上下循环流。环流

11、。(b)轴向流轴向流(b) 轴向流轴向流无挡板的容器内，流无挡板的容器内，流体体绕轴作旋转运动绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会流速高时液体表面会形成漩涡，流体从桨形成漩涡，流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混叶区的流量很小，混合效果很差。合效果很差。(c)切向流切向流(c) 切向流切向流 二）微观状况流动二）微观状况流动：流体以：流体以小尺寸小尺寸（小气泡、液滴（小气泡、液滴分散成更小的液滴）在分散成更小的液滴）在小范围小范围（气泡、液滴大小的（气泡、液滴大小的空间）中的湍动状况。空间）中的湍动状况。剪切流动剪切流动：由于搅拌桨的剪切作用而引起的局部混合作用。：由于

12、搅拌桨的剪切作用而引起的局部混合作用。1.使气泡、液滴细化，由于分子扩散达到微观混合；使气泡、液滴细化，由于分子扩散达到微观混合；2.流体具有一定粘度时，流速增加，产生速度梯度，使液体变流体具有一定粘度时，流速增加，产生速度梯度，使液体变形，形成湍动，产生小漩涡，对周围的流体微元产生剪切，形形，形成湍动，产生小漩涡，对周围的流体微元产生剪切，形成更细的液滴；成更细的液滴；3.桨叶附近及挡板处微观流动作用最强烈。桨叶附近及挡板处微观流动作用最强烈。 结论： 不管搅拌桨叶形式的差别，都存在循环流动和剪切流动，只是比例不同。n循环型桨叶：以循环流动为主；n剪切型桨叶：以剪切流动为主。5.3.2 搅拌

13、雷诺数与流态搅拌雷诺数与流态 为了定量研究搅拌桨叶的特性，常用无因次准数描述，主要有：n1.搅拌雷诺数：代表釜内流体的粘性大小；n2.功率准数：动力特性；n3.排出流量数：循环特性；n4.混合时间数：混合特性；n5.努塞尔准数：传热特性。nD为桨叶直径，N为搅拌器转速，为流体密度，为流体粘度。 搅拌雷诺数：在搅拌釜内，以桨叶的端速ND作为定性速度，搅拌雷诺数定义为：2ReNDDNDDNnNRe1000,整个釜内上下循环流动都处于湍动状态，无挡板时会引起漩涡，当D(桨叶直径)/T(釜径)103(CD段)：n功率曲线呈一水平直线，即Np与NRe无关，NP为常数,保持不变；n湍流区，全挡板时，液体不

14、形成漩涡，可不考虑重力影响；531DNKP结论：湍流时，全挡板釜的搅拌功率与液体密度成正比，而与液体粘度无关。NReNP10010110210310410510610-1100101102n（4）无挡板釜(CE段）：nNRe300时,产生漩涡，重力影响显著，指数q0,由下式估算：Relg Nq查表可得！P155NReNP10010110210310410510610-1100101102)(/ReNfNNqFrP不同搅拌器的功率曲线不同搅拌器的功率曲线(全挡板条件全挡板条件)1 5 10 5 102 5 103 5 104 5 10510050105NRe=D2N/P155例：在一直径为1.2

15、m，液深为1.2m，内装有4块挡板(BW/T=0.10)的反应釜内，反应液的密度为1300kg/m3，粘度为1310-3Pas，今用一三叶推进式搅拌器(D=0.4m,S/D=1)以300转/分的转速进行搅拌，计算：(1)搅拌轴功率消耗(2)若改用同样直径的六叶平直圆盘涡轮，转速不变，搅拌功率是多少？(3)若釜内不设挡板，仍采用六叶平直圆盘涡轮时，其搅拌功率是多少？P156n解：43-22Re10810130.4603001300NDN531DNKP三叶推进式搅拌器(D=0.4m,S/D=1)查P155表5-1可知：K1=0.32WDNP53332. 053内装有4块挡板查P154图5-12可知

16、：CD段若改用同样直径的六叶平直圆盘涡轮，转速不变，查P155表5-1可知：K1=6.3WDNKP104804 . 06030013003 . 653531qFrPNN /qFrNNPReN0q 0q 另一种方法：另一种方法：)(/ReNfNNqFrP43-22Re10810130.4603001300NDN查图查图5-13中的曲线中的曲线2得得：0.320.32NNPqFr53DNPNP0.53KW533W0.46030013000.32DNNP5353P（2）根据图）根据图5-13曲线曲线6查得查得6.310.5KW10480W0.46030013006.3DNNP5353P（3）0q N

17、Re300 RelgNq查表得：查表得：40.01.0,-0.097640lg80000-1.0lgReNq1.029.81603000.422gDNNFr1.21.021.2NN-0.0976PqFr1.99kWDNNP53P333. 02 . 1/4 . 0/TD无挡板无挡板n桨式搅拌器搅拌功率永田进治经验公式：2 . 1)/35. 0(66. 0Re366. 0Re3Re)(sin)/()2 . 3102 . 110(TbpPTHNNBNAN其中：185)6 . 0/(670)/(142TDTbATDTbB/14. 1)5 . 0/(43 . 121042)/(7)5 . 0/(5 .

18、2)/(41 . 1TbTDTbp无挡板无挡板考虑了釜径考虑了釜径T,桨叶宽度桨叶宽度b,桨叶倾角桨叶倾角，釜内流体深度，釜内流体深度Hn临界雷诺数代替搅拌雷诺数（临界雷诺数代替搅拌雷诺数（NRe)，可计算有挡板可计算有挡板时的桨式搅拌器搅拌功率。时的桨式搅拌器搅拌功率。n临界雷诺数（临界雷诺数（ NRec） ：层流向湍流过渡的雷诺数；：层流向湍流过渡的雷诺数；结论：（1）：当NRe很大时，A/NRe项很小，可忽略不计；（2）：当NRe很小时， A/NRe项很大，经验式右边第二项可忽略，此时，NP与H、无关。2 . 1)/35. 0(66. 0Re366. 0Re3Re)(sin)/()2 .

19、 3102 . 110(TbpPTHNNBNANn二页平桨（=900）时：0048. 0)/(11. 0/)4 . 0(/252ReTbTbTDTbNcn二页斜桨（900）时：cNNRe)sin1(4Re10等效桨等效桨：各种桨叶的：各种桨叶的桨叶宽度桨叶宽度、叶片数叶片数、搅搅 拌层数拌层数的的乘积相等乘积相等，它们所消耗的，它们所消耗的 搅拌功率近似相等（搅拌功率近似相等（湍流区湍流区）。）。Attention：n有挡板条件有挡板条件下所计算的搅拌功率常下所计算的搅拌功率常高于高于实测值；实测值；n等效桨处理法等效桨处理法仅限于仅限于无挡板且低粘度无挡板且低粘度条件条件；n深槽多层桨深槽多

20、层桨功率计算误差较大。功率计算误差较大。实验经验结论实验经验结论n釜内设置挡板，流体阻力增加，搅拌功率增加，釜内设置挡板，流体阻力增加，搅拌功率增加，当挡板设当挡板设置到一定程度时，功率增到最大。置到一定程度时，功率增到最大。此时称此时称全挡板条件全挡板条件。n以挡板系数以挡板系数KB来表征挡板程度：来表征挡板程度：全挡板条件全挡板条件(Full Baffle Plate Condition)：BWBnTBK2 . 1)/(当KB=0.35时，称为全挡板条件；当KB=0时，无挡板； KB=00.35部分挡板条件；4块BW/T=0.1的挡板可近似当作全挡板处理。BW:挡板宽度T：釜径nB:挡板块

21、数挡板程度与功率准数关系：挡板程度与功率准数关系：PFBFBPNKKN43. 0)/(永田公式（部分挡板功率准数）：22 . 1)/(9 . 21 BWPPFPPFnTBNNNNKB,KBF部分挡板和全挡板条件时的挡板系数n处理方法处理方法 (Treating Method)：一般可采用均相液体一般可采用均相液体搅拌功率分析计算方法加以修正。搅拌功率分析计算方法加以修正。 5.5.3 非均相流体搅拌功率计算非均相流体搅拌功率计算一）气一）气-液体系液体系n液体中通入空气，降低了液体的有效密度，因此降低了搅拌功率。六叶涡轮搅拌釜：)()()()/(192lg3)/(96. 12115. 0238

22、. 40NDqgDNNDTDPPTDg永田经验公式永田经验公式六叶平直涡轮全挡板搅拌釜（Calderbank经验式）：20106 . 3,26. 11GGPPg通气系数：3/ NDqG 2201011106 . 3 ;85. 162. 0GGPPgn大量通入气体时，开始出现大量通入气体时，开始出现大气泡大气泡，功率消，功率消耗不再明显变化，该状态称为耗不再明显变化，该状态称为“液泛液泛”。n同时，实验表明，功率消耗还与同时，实验表明，功率消耗还与引入气体的引入气体的方式方式有关。有关。n处理方法：处理方法：采用混合物的采用混合物的平均物性平均物性，套用计算均，套用计算均相体系搅拌功率的方法进行

23、计算。相体系搅拌功率的方法进行计算。二）液二）液- -液、液液、液- -固体系固体系液液- -液体系液体系（1）密度21yxm（2）粘度（经验式）yxm21不互溶液体（敞口槽）不互溶液体（封闭槽）61 OWOOWWmxx无挡板，水相体积比40%5 . 11 OWWWOOmxx无挡板，水相体积比40%无挡板，水相体积比无挡板，水相体积比40%5 . 11 000wwwmxx有挡板有挡板5 . 11 1dcdddcmsLLmsLR79. 000158. 0460. 0469. 0料浆粘度计算：料浆粘度计算：釜内流体粘度难确定：1.非牛顿流体的表观粘度随剪切速率变化而变化；2.搅拌釜内的剪切速率随桨

24、叶和釜的几何形状和搅拌转速等参数而变化；3.釜内各点的剪切速率往往不同。5.5.4 非牛顿流体的搅拌非牛顿流体的搅拌Non-Newtonian Fluid 表观粘度法（Metzner）：用非牛顿流体的表观粘度代替牛顿流体的粘度计算搅拌雷诺数。Metzner等人大量实验,针对不同构型的搅拌器在多种非牛顿流体中的搅拌功率进行了测量；1.采用表观粘度后非牛顿流体与牛顿流体的功率曲线在层流和湍流区域几乎重合；2.非牛顿流体的功率曲线在过渡流区域则低于牛顿流体。3.有挡板NRe大于103或无挡板NRe大于105时，功率曲线可近似看作水平线。所以表观粘度：所以表观粘度：为了方便计算搅拌釜内流体的表观粘度，

25、为了方便计算搅拌釜内流体的表观粘度，假设搅拌假设搅拌釜内存在一个平均剪切速率釜内存在一个平均剪切速率：Nksav1)(nspsuaNkK相应的表观雷诺数：相应的表观雷诺数：psunsnanKkNDNDN1222)Re(其中，其中，为常数，由经验确定。为常数，由经验确定。 为了更加接近实际情况，考虑了更多的因素，为了更加接近实际情况，考虑了更多的因素，Calderbank对表观雷诺数进行了修正：对表观雷诺数进行了修正：npsunnnKNNDN)134()(12Re浆型、叶片数、挡板数、浆型、叶片数、挡板数、T/D、流型指数等、流型指数等系数系数的确定：的确定：1）一般桨型（除锚式），n1时：%1

26、011 5 .1/DT全挡板,4Pn2）锚式，n1，T/D1，T/Dqd.湍流产生湍流产生其中，其中，qc和和qd可由实验测定可由实验测定循环流量数：3/ NDqNcqc湍流时： 1)/(16. 012DTNNqdqc3NDNqqddidcqqq全挡板釜，当NRe103,D/T=0.250.508时：影响Nqd和Nqc的主要因素：1.雷诺数ReRe20NNNNqdqdReRe65NNNNqcqcNqd和Nqc分别表示NRe很高时（充分湍流）的排除流量数和循环流量数n全挡板，湍流时：2.桨叶特性桨叶特性7052.p.qdn)/b()T/D(NTn挡板系数增大时，排出流量数增大：3)(BNBFBB

27、FqdNqdFqdqdFKKKKNNNNnp为桨叶片数，b为桨叶宽度NqdF，Nqd，NqdN分别为全挡板，部分挡板，无挡板是的排出流量数；KBF，KB，KBN分别为全挡板，部分挡板，无挡板时的挡板系数n循环特性的另外表征参数：循环特性的另外表征参数：VNDNVqNqccc3/ccNt1单位时间循环次数单位时间循环次数循环时间循环时间qc-循环流V-搅拌釜内流体的体积循环次数循环次数可以判别可以判别搅拌程度搅拌程度：分次/53cN分次/105cNn普通搅拌：n强烈搅拌： 习惯上：用习惯上：用功率准数功率准数N Np p与与排出流量数排出流量数N Nqdqd的的比值判断桨叶的比值判断桨叶的流动特

28、性流动特性: :21/qdPNN3/qdPNNn循环型桨叶：n剪切型桨叶：输出效率输出效率n混合型搅拌：本体聚合、溶液聚合混合型搅拌：本体聚合、溶液聚合n悬浮型操作：悬浮聚合悬浮型操作：悬浮聚合n搅拌任务尺度：搅拌体系中物料量的大小搅拌任务尺度：搅拌体系中物料量的大小n搅拌任务难度：达到搅拌效果所需要克服的搅拌任务难度：达到搅拌效果所需要克服的“阻力阻力”，如两种物料的密度差和粘度差、悬，如两种物料的密度差和粘度差、悬浮粒子的沉降等浮粒子的沉降等5.6.2 搅拌转速搅拌转速n搅拌强烈程度度分级依据：密度差、粘度差。一）混合搅动型搅拌转速的确定一）混合搅动型搅拌转速的确定搅拌级别搅拌级别总体流速

29、总体流速m/min搅拌效果搅拌效果11.8适用于密度及粘度差很小的液体适用于密度及粘度差很小的液体2级：密度差级：密度差0.1，粘度差，粘度差100倍的液体混合均匀，液面倍的液体混合均匀，液面平坦平坦23.735.536级适合于多数间歇反应级适合于多数间歇反应6级搅拌：密度差级搅拌：密度差0.6,粘度差粘度差10000倍的液体混合均匀倍的液体混合均匀沉降速度沉降速度1.2m/min的微量固体的微量固体(1%)保持悬浮保持悬浮粘度小时，液面呈波浪形粘度小时，液面呈波浪形47.359.2611.0712.8710级要求较高级要求较高10级搅拌：密度差级搅拌：密度差0.6,粘度差粘度差10000倍的

30、液体混合均匀倍的液体混合均匀沉降速度沉降速度1.8m/min的微量固体的微量固体105n3）经验式：apsunnMKDNCN)4(221适用条件：牛顿流体、幂率流体；n=0.51.0。n实际生产中所涉及到的分散及合并过程： 乳液聚合、悬浮聚合、界面缩聚等n分散、合并对聚合过程、产品质量、特别是聚合物的颗粒特性有重要影响。5.8 搅拌釜中的分散过程搅拌釜中的分散过程n一些实验现象： 1）在溶有少量分散剂的水中，加入单体并搅拌，使之分散成液滴，再投入少量染色单体，继续搅拌可以观察到染色分散液滴数目增加。5.8.1 搅拌釜内的液搅拌釜内的液-液分散与合并液分散与合并n2）悬浮聚合： 在开始在聚合体系

31、中加入不含引发剂的单体使之分散均匀，然后加入溶有引发剂的单体少量，当悬浮聚合结束时，发现所有的单体液滴都聚合固化。单体单体搅拌搅拌破裂破裂合合并并表面张力表面张力聚集聚集分散分散平衡平衡分散剂的分散剂的稳定作用稳定作用扩大扩大分散剂生成的分分散剂生成的分子层保护胶体子层保护胶体大的液滴在剪切下作用下被拉成条形，然后被击散成大的液滴在剪切下作用下被拉成条形，然后被击散成小珠滴。小珠滴。随着聚合程度增加，液滴内的粘度逐渐增长。当聚合随着聚合程度增加，液滴内的粘度逐渐增长。当聚合转化率达转化率达20-70%时，软而呈胶状的液滴变得具有很大的时，软而呈胶状的液滴变得具有很大的粘性，加上自加速效应出现，

32、会使液滴凝聚成大块，甚粘性，加上自加速效应出现，会使液滴凝聚成大块，甚至粘附在搅拌器上使聚合过程失败。至粘附在搅拌器上使聚合过程失败。这是一种不稳定的状态这是一种不稳定的状态处理方法：必须对处理方法：必须对搅拌速度搅拌速度、悬浮、悬浮剂用量剂用量、水油比水油比等加以控制。等加以控制。这一阶段称为悬浮聚合的危险期。这一阶段称为悬浮聚合的危险期。n结论：结论： 搅拌釜内水相中的单体液滴不是独立存在搅拌釜内水相中的单体液滴不是独立存在的，而是反复地进行着两个以上液滴合并成的，而是反复地进行着两个以上液滴合并成大液滴（大液滴（合并合并），继而一个液滴再分散成两），继而一个液滴再分散成两个以上的液滴（个

33、以上的液滴（分散分散）的过程。）的过程。一）分散n分散：较大液滴分裂成两个以上的液滴的过程叫分散。n引起分散的作用力：液滴的剪切应力；n抑制分散的作用力：表面张力、粘性力；n不同机理分类：剪切分散、湍流分散。最大液滴直径：搅拌釜内流体在一定剪切应力作用下所形成的最大液滴的直径。nWec：临界：临界Weber准数。准数。/max2pecdvW（5-61）1）剪切分散n液滴分散的推动力：粘性剪切力。液滴分散的推动力：粘性剪切力。n粘性：粘性：流体流动时产生内摩擦力的性质称为流体流动时产生内摩擦力的性质称为流体的粘性。流体的粘性。n粘性剪切力：流体流动时产生的内摩擦力。粘性剪切力：流体流动时产生的内

34、摩擦力。剪切分散示意图剪切液滴速度差导致形变速度差导致形变分裂n形变度（G）：LB)/()(BLBLG 显然：无形变时，G=0；无限变形时，G=1；经验值：G=0.5时，L/B=3:1，液滴才会分裂成小液滴，此时形变度称为临界形变度。)/()(BLBLG剪切分散时：n代入式（5-61），得：NDv 22/maxDNKdp/max2pecdvW 结论：1.剪切分散控制时：液滴最大直径与搅拌转速平方成反比；对于大多数悬浮体而言，粘性剪切分散一般可忽略；P173高粘度体系主要是粘性剪切分散控制。22/maxDNKdpn湍流分散：也称为涡流分散，釜内流体处于湍流时就存在湍流分散，n分散机理：流体湍动形

35、成很多小漩涡，小漩涡对周围的液体微元产生剪切作用，使其被撕裂成微液滴。2）湍流分散湍流分散示意图速度差直接撕裂速度差直接撕裂分裂l各向同性(isotropy) ：如果一个物体的物理性质与其测量方向无关， 那么就说这物体是各向同性的。 l各向异性(anisotropy) ：如果一个物体的物理性质随其测量方向发生变化， 那么就说这物体是各向异性的。n各向同性湍流分散：桨叶附近，小涡流的方向近似为圆周方向，液滴被沿着圆周方向大小不同的剪切力撕成更小的液滴。n各向异性湍流分散：釜壁附近，小涡流方向发生改变，液滴被不同方向上的剪切力撕成更小的液滴。湍流分散控制时的最大液滴直径：或：5/25/2235/1

36、)()/(maxVpPDNKd5/35/332)(maxecpWDNKDd8 . 02 . 1maxDNdp 湍流分散与剪切分散的区别：n分散推动力：剪切分散为液滴内部剪切力，湍流分散为作用于液滴表面的涡流所产生的剪切力；n控制阻力：剪切分散为液滴内部的粘滞阻力，湍流分散为作用于液滴表面的表面张力；n分散相相对粘度较低时，湍流分散控制；分散相相对粘度较高时，剪切分散控制。剪切分散时，液滴直径：剪切分散与湍流分散的判断方法：4/3Re37. 0)/(/NkDdcdPsmdd/10/24smdd/105/23湍流分散剪切分散 按机理分类：u布朗运动引起的合并；u层流速度差引起的合并；u湍流引起的合

37、并；搅拌釜中以湍流引起的合并为主。二）合并按照合并速度：l快速合并：碰撞即合并。l缓慢合并：有稳定因素存在下的合并。合并三步骤：碰撞挤出连续相融合合并控制时，液滴直径：逸散能，分离单位质量流体所消耗的平均能量A(h)：分离凝聚粒子所需能量的函数。4/18/34/18/3)(VpPhAKdn实验发现：桨叶附近逸散能很大，而远离桨叶的地方逸散能很小；n桨叶附近主要是液滴分散，远离桨叶附近区域主要是合并；n分散与合并过程同时并存。一）聚合物颗粒特性表示方法：5.8.2 搅拌对聚合物颗粒特性的影响搅拌对聚合物颗粒特性的影响平均粒径法：算术平均粒径：iiiavndnd/ )(表面积平均粒径：2/12)/

38、(iiiSndnd体积平均粒径：3/13)/(iiiVndnd液-液分散时，d32使用最广。体积面积平均直径：2332/iiiidndnd质量平均直径：3443/iiiidndndn标准偏差和离散度表示：粒径分布图法：P175粒径分布的特征值：iWisfdd2)(Wsd/n偏差系数表示：501585dddCVn相关因素：分散剂性质与用量；搅拌强度。n搅拌时液滴直径与液-液分散受何种控制有关：二）搅拌对粒径及粒径分布的影响：纯湍流分散（忽略合并）：5/25/2235/1)()/(maxVpPDNKdn粘性剪切分散：2)(max NDdpn合并控制：4/1maxVpPd作业作业n在一直径为在一直径为2m的圆筒形槽内，装有密度的圆筒形槽内，装有密度为为1250kg/m3、粘度为、粘度为0.25Pa.s的液体，的液体，其深度为其深度为1.5m。今用。今用D=1m, b=0.4m, np=2, =90o的桨式叶轮以的桨式叶轮以100转转/分的速分的速度进行搅拌，求所需功率。度进行搅拌，求所需功率。(按均相流体按均相流体考虑）。考虑）。