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                懸浮攪拌設備及其選擇與應用

                       3 固液體系的懸浮狀態
                       從固液攪拌的特性來分,固液攪拌設備的目的主要有兩個:(1)使固體粒子完全懸浮起來,簡稱完全離底懸浮。(2)使固體粒子在全槽均勻懸浮,簡稱均勻懸浮。這也是兩個不同的懸浮狀態。
                       另外,將漂浮在液面上的固體顆粒懸浮在液體中也是懸浮狀態之一。
                       3.1 完全離底懸浮
                       完全離底懸浮的作用是降低固體周圍的擴散阻力,以便于固體顆粒的溶解或結晶以及固液的質量交換。有時僅僅是防止固體粒子在槽底堆積而堵塞出料口。固體粒子在槽底的停留時間不超過1-2s就認為達到了完全離底懸浮,能滿足此條件的低轉速稱為完全離底懸浮的臨界轉速。
                       3.2 均勻懸浮
                       在制造涂料、油墨和化妝品時,需要使固體粒子在液體中完全均勻分散。根據槽內不同位置的固體含量,用濃度方差來定義懸浮均勻度,均勻度越高表明懸浮越均勻。
                       不同的懸浮狀態如下圖所示。
                       3.3 漂浮物的懸浮
                       典型的懸浮顆粒有以下幾種:顆粒密度較小、顆粒會吸附多空氣(如面粉)、顆粒難吸收液體而結團(如有些聚合物)。
                       促使懸浮物進入液體的一個重要原因是流體漩渦的形成,因此,能夠使流體產生強烈漩渦的攪拌器才能夠產生較強的懸浮能力,如能夠強制流體向下流動的45°斜槳。

                        4 懸浮攪拌設備
                       懸浮攪拌設備一般包括攪拌器、槽和擋板等幾部分。
                       影響固液懸浮的因素較多,主要有以下幾種:
                       4.1 攪拌器
                       對于完全離底懸浮,只需使用一層葉輪。而對于均勻懸浮,必須使用多層葉輪,但臨界轉速仍由下層的葉輪所決定。
                       某些軸向流葉輪適合固液懸浮操作,這些葉輪都有變葉寬和變傾角的特點。典型的固液攪拌葉輪如下圖所示。
                       4.2 槳徑與槽徑之比
                       采用渦輪式或槳式葉輪時,若粘度變化不大,槳徑與槽徑之比一般取0.35到0.5之間。
                       4.3 槽底形狀
                       平底槽和錐形槽容易產生粒子堆積,碟形槽功耗較大,曲面底槽可避免上述困難。
                       4.4 葉輪的離底高度
                       葉輪離底太近,槽底的顆粒堆積會導致葉輪啟動障礙。葉輪離底太遠,對槽底顆粒的懸浮作用會減弱。較合適的高度為槽徑的0.25倍左右。
                       4.5 擋板和導流筒
                       為避免形成液體回轉部,一般要安裝擋板,有時還要安裝導流筒。
                       5 懸浮攪拌設備的選擇
                       選擇懸浮攪拌設備主要根據工藝的需要,主要包括以下方面:
                       5.1 工藝問題
                       (1) 分批、半分批還是連續過程?
                       (2) 工藝過程中,會出現什么相?
                       (3) 固液間是否有化學反應發生?
                       (4) 液固相的物理特性是什么?
                       (5) 需要多大的懸浮程度?
                       (6) 達到這個懸浮狀態需要的小轉速是多少?
                       (7) 如果攪拌轉速減小或者攪拌中斷會出現什么情況?
                       (8) 攪拌轉速上升時懸浮情況有何變化?
                       (9) 容器的幾何形狀對工藝有何影響?
                       (10) 適合該工藝的設備材料是什么?
                       5.2槽與攪拌器的問題
                       包括槽底形狀的設計、槽的大小與直徑、擋板與其他附件。
                       包括槳的形狀、數量與方向;槳的位置;槳的轉速與功率;槳葉的直徑與長度;電機與密封系統。
                       6 懸浮攪拌設備的應用
                       懸浮攪拌設備的應用主要應用在以下幾個方面:
                       6.1 固體分散
                       攪拌器的作用使顆?;驁F聚體分散并懸浮在液體中,形成均勻懸浮或者漿液。應用于制備固體反應物漿液和催化劑漿液,然后進入下一個反應器;或者僅僅使固體分散成顆粒懸浮在液體中。
                       6.2 溶解與過濾
                       溶解是使液固質量傳遞的單元操作,固體粒子被液體吸收而變小并終消失。過濾是使液體中的可溶成分析出的單元操作,有些樹脂與塑料,析出時會因吸收了液體而溶脹。在許多體系中,溶解與過濾后的液體的密度與粘度會發生變化。在這一過程中,攪拌的目的是得到需要的溶解或過濾速率。
                       6.3 結晶與沉淀析出
                       未加晶種前,溶液中的粒子是自由粒子,經結晶或沉析操作形成顆粒,操作時,顆粒的直徑與數量在同步增長,與此同時,漿液的密度和粘度也發生改變。本工藝的目的是控制成核與粒子增長速率,使粒子的破碎與磨損達到小。平均粒徑與粒徑分布是一個重要的指標??刂埔合嗟臐舛?,避免局部濃度過大也是需要控制的。
                       6.4 吸收、解吸與離子交換
                       也是質量交換的過程。
                       6.5 催化顆粒反應
                       該操作將反應物吸收到催化劑表面并從催化劑表面移除生成物,催化劑在液體中的均勻懸浮是操作的關鍵。另外,攪拌器降低了質量傳遞的邊界層,增強了液固的質量交換。
                       6.6 聚合反應
                       反應開始時,攪拌器要使單體液滴得到穩定的分散。隨著反應的進行,生成的聚合物變得粘,攪拌器又要控制單體與催化劑的接觸,并進而控制聚合物的粒徑與粒徑分布。在聚合反應中,攪拌的目的是維持單體與聚合物的均勻分散。

                2021/06/22 13:13:28 165 次

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