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拌装置中的搅拌体系分析

　　今天我们来分享一下搅拌器放大过程中的搅拌体系分析。通常来说，搅拌器的搅拌体系中某一点的状态可以通过一系列状态变量来表示。如温度、压力、流速、浓度等。作为一种基本方法，一个复杂的体系常常可以分解成几个简单的子体系进行实验和分析，从而使所获得的基本数据更有表征的价值，如在小试和模试中通常将反应和传递因素进行单独研究。但是被分离的变量之间常常存在互动和耦合效应，所以中试时经常将它们重新合并研究。如果两个子体系之间的连接是单方向的（比如i到j，j体系的输入=i体系的输出），则两个体系通常是独立的。对于两个变量是明显互相耦合在一起的，要避免将它们分离研究，或必须研究它们之间的耦合效应。举例来说，可以将一个复杂的化工过程分成进料段、反应段和后处理段进行分离研究，其中搅拌器的反应器往往是复杂的单元器，但难以再继续细分。

　　当体系确定，输入变量、输出变量、作用参数等随之可以确定。比如，输入变量可以包括进料中的化学组成和纯度等。输出变量可以包括流出物的化学组成，流出速率等。作用参数包括进料速率、催化剂类型、反应器进口温度、反应器进口压力、再循环流率等。当完成对子体系的定义后，需要对单个子体系进行研究，即小试研究。当小试完成后，需要考虑放大到模试。在模试阶段，除了考虑与小试过程同样关心的变量——转化率外，还要考虑副反应问题、热力学平衡、物理性质、化学平衡、热传递、相间和相内的质量传递、流体或固体的流动等。

搅拌器中的搅拌容器和挡板

　　搅拌器中搅拌容器和挡板的作用非常重要，直接影响到搅拌效果，下面我们来看看搅拌容器和挡板的具体介绍。

　　搅拌容器常被称作搅拌釜（或搅拌槽）。当搅拌器用作反应器时，又被称为搅拌釜式反应嚣，有时简称反应釜。

　　釜体的结构型式通常为立式圆筒形，其高径比值主要依据操作时容器装液高径比以及装料系数大小而定。而容器装液高径比又视容器内物料性质、搅拌特征和搅拌器层数而异，一般取1～1.3，大时可达6。釜底形状有平底、椭圆底、锥形底等，有时亦可用方形釜。同时，根据工艺的传热要求，釜体外可加夹套，并通以蒸汽、冷却水等载热介质，当传热面积不足时，还可在釜体内部设置盘管等。

　　为了消除搅拌容器内液体的打旋现象，保证搅拌器的搅拌效果，使被搅物料能够上下轴向流动，形成全釜的均匀混合，通常需要在搅拌容器内加入若干块挡板。挡板数一般在2到6块之间，视其具体情况而定。加入挡板后，搅拌器的搅拌功耗将明显增加，且随着挡板数的增加而增加；但在满足全挡板条件后，再增加挡板数，搅拌功耗将不再增加。

　　通常，挡板宽度约为容器内直径的十二分之一到十分之一，在固体悬浮操作时，还可在釜底上安装底挡板，以促进固体的悬浮。搅拌容器中的传热盘管也可部分以至全部代替挡板；当装有垂直换热管后，一般也可不再设置挡板。

桨式和涡轮式搅拌器传热系数关联式

　　早的搅拌罐传热关联式是由Chilton于1944年提出的，对于使用单层平桨、并有碟形封头的圆筒形搅拌罐，其被搅拌液体对罐壁和内冷盘管的表面传热系数关联式分别如下：

　　以后许多研究者改变搅拌器的形状和相对尺寸进行传热研究，提出了很多搅拌罐传热关联式，由于一个关联式只对应于一个几何构形，溶液箱搅拌器技术咨询，这些关联式不便使用。

　　20世纪60年代中至70年代初日本的水科笃郎和永田进治等提出了包含多种桨型和多个尺寸参数的统一关联式，如永田对于桨式和涡轮式两种叶轮，且罐内有挡板而无内冷管的情况，并Re大于100。得如下关联式：

　　对于罐内无挡板而有内冷盘管的情况，则物料对罐壁的表面传热系数关联式为：

　　当除去内冷管时，则须将上式的系数由0.51改成0.54。产生这6%的差别是由于内冷盘管的遮蔽效应。

　　永田也得出在Re>200，2

　　上式中包含了叶轮的多个几何参数，如叶径6、罐径D、叶轮离罐底度c、叶片倾角、叶片数孔。和液高等，大大拓宽了公式的适用范围。

　　20世纪70年代，日本的佐野雄二等对于桨式、涡轮式叶轮在湍流域的场合，进一步建立了罐内液体的单位质量搅拌功率ε与液体对罐壁和内玲管壁的表面传热系数的联系，得到了适用性广、且形式更简单的关联式：

　　式中，为被搅液对夹套的表面传热系数．W/(㎡.K)；c为被搅液对内冷管壁的表面传热系数．W／(㎡.K)；dc为内冷管外径．m；ε为单位质量被搅液消耗的搅拌功率，W/kg；v为被搅液运动黏度.㎡/s。

　　式(5- 17)计算物件时须以流体的本体温度和壁温的算术平均值作定性温度。