半椭圆板-导流筒搅拌器的功率消耗和混合效率

对牛顿流体和非牛顿流体,在层流域和过渡流域测定了三种不同结构(A、B、C型)的半椭图板-导流筒和双螺带-锚搅拌器的功率消耗、Metzner常数Ks和混合时间T_M,用混合效率准数C_4(=T_MW_V/μ)比较了它们的混合效率。结果发现:在上述搅拌器中,A型搅拌器的混合效率高于双螺带-锚搅拌器,并有可能取代造价高的螺杆-导流筒搅拌器。     

高粘度非牛顿流体用搅拌器的动力特性

研究了多种搅拌器在高粘度非牛顿流体层流域的动力特性。测定了双螺带-锚、内外单螺带-锚、四螺带-锚、MIG-锚、椭圆板-锚、框-螺带-锚、偏框-锚七种组合型搅拌器和三叶后掠式搅拌器的动率消耗,以及在搅拌槽中关联平均剪切速率的Metzner常数K_S,用K_S值和流动行为指数n值可以把功率消耗关联成:N_PRe~(**)=K_P/K_S(1-n)。     

聚合反应工程——第5章 非牛顿流体的传递过程(四)

5.4 非牛顿流体在搅拌釜内的传热 5.4.1 一般传热关联式 在对搅拌聚合釜进行设计放大时,传热是一个重要问题。搅拌釜通常采用冷却夹套或其他内冷构件(如内冷管、导流筒、中空内冷搅拌桨叶等)移热。在湍流域操作时,常以内冷直管或盘管作内冷构件,直管还兼具挡板作用;在层流域和过渡流域操作时,多用螺轴-导流筒搅拌器,这时把导流筒设计成传热面,也有以中空内冷搅拌桨叶作为内冷构件的。     

螺带式搅拌器的功率消耗

对高粘度牛顿流体和非牛顿流体,在层流域测定了多种几何结构的螺带-锚搅拌器的功率消耗和Metzner常数K_(so)用回归分析方法,分别把Kp(N_p·Re)、K_(?)与搅拌器的几何参数和特性参数进行关联,得到:对底部没有锚的螺带搅拌器,由本实验和文献数据得到:结果还证实了螺带搅拌器的功率消耗与螺带高度不成正比.K_(?)与C_(3)进行关联是一种可行的方法.所得计算式能较准确地预测螺带式搅拌器在搅拌牛顿流体和非牛顿流体时的功率消耗和K_8值.     

双轴异桨变速组合型搅拌器的轴功率与混合效率

本研究测定了齿盘(偏置)式、锚式、45°框桨式三种搅拌器和齿盘-锚式、齿盘-45°框桨式两种双轴异奖变速组合型搅拌器的功率(N~p～Re)曲线和它们在操作流域(以单桨计算,Re=63—600)内的混合效率。结果表明,在层流域至弱过渡流域,组合型各搅拌器的功率与组合前单个搅拌器的功率基本相同;但在强过渡流域至湍流域,其功率计算要进行修正。组合搅拌器的功率是各搅拌器功率的迭加。效率较低的齿盘-锚式组合搅拌器比效率较高的齿盘式节能50％。齿盘-45°框桨式组合搅拌器的混合能是60°双层斜桨式的22％;是MIG型的50％。双轴异桨变速组合型搅拌器是一种值得开发的操作弹性宽、效率高和能耗低的搅拌设备。     

非牛顿流体在过渡流域的搅拌功率和混合效率

研究了六种搅拌器在过渡流域的混合特性,测定了功率消耗和混合时间,用混合效率准数C_4选择适合于过渡流域混合的搅拌器。研究发现:丰椭圆板——导流筒和MIG——锚搅拌器适合于过渡流域的混合操作,尤其是MIG—锚搅拌器具有很高的混合效率,值得向工业部门推荐。实验还同时测定了这六种搅拌器和复动式搅拌器在层流域的功率消耗和混合时间,发现复动式搅拌器混合效率最高。     

回转兼上下动搅拌器混合非牛顿流体时的功率消耗及混合特性

用回转兼上下动搅拌器混合高粘度牛顿流体和非牛顿流体时,在层流域测定了功率数K_P、混合时间T_M和Metzner常数K_S。结果表明:该搅拌器的功率消耗可关联成N_P·Re~(**)=K_p/K_s~(1-n),使牛顿流体和非牛顿流体达到同样的混合效果;其能耗与通常的双螺带搅拌器相比,分别降低80％和65％以上,因而是一种值得推广的高效节能搅拌器。     

非牛顿流体在搅拌槽中的传热(下)

三、非牛顿流体在搅拌槽中的传热 1.两种常用的关联方法 牛顿流体和非牛顿流体在搅拌槽中的传热机理基本上是相同的。对非牛顿流体来说,关键在于如何处理式(1)中的Re、Pr和η_b/η_w三者中的粘度值,以使牛顿流体和非牛顿流体可用统一的关联式来关联。由于搅拌功率一股用准数方程式N_p=K_p/Re~x来关联,对于关联非牛顿流体的搅拌功率,研究     

螺杆-导流筒搅拌器的循环和功率特性

测定了19种不同几何尺寸的螺杆-导流筒搅拌器层流域的轴向循环流量、功率消耗和Metzner常数K_(?).通过对螺杆挤出机的动力学分析结果进行实验修正,得到了半经验的无因次循环流量C_1、功率数K_(?)以及K_(?)的计算式.实验发现流体的弹性显著地抑制轴向循环流动,与牛顿流体相比,弹性流体的C_1有所降低.     

高粘度流体在机械搅拌槽中的传热

研究了高粘度牛顿流体和非牛顿流体在螺杆-导流筒、螺杆-导流筒-直管组两种搅拌体系中的传热行为。结果表明,设置导流筒和直管组后,对夹套侧的传热膜系数α_j没有明显影响,导流筒侧和直管组直管外侧的传热膜系数α_d和α_c都较α_j大,传热面积比夹套增加一倍左右,从而增强了搅拌槽的传热能力。在所有几何因素中,搅拌桨径 d和导流筒内径 D_(ti)对传热膜系数影响最大。搅拌桨的转向对传热无明显影响。分析了传热关联式中 Re的方次的变化情况。用因次分析和回归分析得到的夹套、导流筒和直管组传热面的传热关联式和文献结果吻合甚好。     

组合桨搅拌器搅拌特性的研究

为使聚合釜内搅拌介质在湍流、过渡流及层流域都能达到良好的混合,对锚－三叶推进器、锚－内外单螺带、正交双层三角桨－单螺带、正交双层三角桨－内外单螺带等４种组合桨搅拌器,于φ３００ｍｍ的有机玻璃釜中,测定了在牛顿流体和假塑性流体中的搅拌功率和循环特性。实验结果表明,４种组合桨中,含正交双层三角桨的２种组合桨功率消耗小,循环能力明显较强,具有较好的循环性能和剪切能力,能在粘度变化范围宽广的介质中获得良好的搅拌效果。假塑性流体（羧甲基纤维素水溶液）的过渡流域用ｌｎＮ_ｐ＝Ａ_１＋Ａ_２ｌｎＲｅ＋Ａ_３（ｌｎＲｅ）￣２关联式,功率值精度高。     

齿盘式搅拌器的搅拌功率及混合特性

根据测定与关联计算,给出了两种齿盘式、60°双层斜桨式、平桨-耙式和双螺带-锚式等五种搅拌器在全流域中的功率曲线及其关联式、Metzner 常数K_8和湍流域(Re=7×10~4—3×10~5)的混合效率(θ_M～W_V)曲线。当 Re>10~5时,两种齿盘式搅拌器的功率准数Np分别为 0.129和 0.094;当 Re=7×10~4—3×10~5时,则在五种桨型中,以齿盘式搅拌器的混合效率最高。达到同样的混合效果,齿盘式搅拌器的耗能仅为通常用于这一流域60°双层斜桨式搅拌器的1/4。齿盘式搅拌器是一种值得推广应用的节能搅拌器。     

非牛顿流体在搅拌槽内的传热

基于搅拌桨旋转扭矩和搅拌槽内所有壁面的平均扭矩近似相等的关系,引入流况系数,提出了计算非牛顿流体表观粘度的剪切速率模型.并对内蛇管、外蛇管和直管以及不同几何尺寸的MIG、透平、三叶后掠式、板式、锚和半椭圆片桨组成的多种搅拌体系,用该模型关联夹套侧和冷却管侧的给热系数,分别得到了统一不同几何尺寸搅拌桨的给热系数关联式.该模型适用于不同冷却构件.不同类型、不同几何尺寸的搅拌桨、过渡域和湍流域以及夹套侧和冷却管侧的非牛顿流体给热系数关联.另外,对多种剪切速率模型进行了比较和讨论.     

搅拌槽中高粘度液体的传热研究

本文应用内外螺带-锚、双螺带-锚及螺带-螺旋轴-锚三种组合桨,研究了牛顿流体及假塑性流体,在层流域及过渡流域的传热关联式。分别获得了三种组合桨的传热膜系数关联式。为了得到三种组合桨的传热膜系数的通用关联式,本文采用了传热膜系数与单位质量功之间的关联。     

锚式搅拌器功率消耗与Metzner常数研究

对锚式搅拌器在牛顿流体和非牛顿流体中的功耗进行了系统地实验研究。利用Ｒｉｅｇｅｒ 法,发现锚的Ｍｅｔｚｎｅｒ常数Ｋｓ 与流体流动行为指数ｎ 基本无关, 仅与桨的几何尺寸有关。由实验数据和文献数据, 得到锚式搅拌器的功率常数Ｋｐ 和Ｋｓ 与桨的几何尺寸的关联式, 两关联式均具有较高精度和较宽适用范围, 可以满足搅拌器设计的要求。最后分析了不同研究者对Ｋｓ 与ｎ 的关系意见不一和Ｋｓ 值相差较大的原因。     

回转兼上下动搅拌器在过渡流域的搅拌功率及混合特性

测定了回转兼上下动搅拌器在过渡域的搅拌功率及混合时间,表明该搅拌器在过渡域仍有很高搅拌效率。用两种尺寸搅拌槽对搅拌功率进行放大。通过锚式、透平和复动式搅拌器对高聚物PVA溶解速率及溶解能耗的测定,发现复动式搅拌器对高聚物溶解效率最高。     

高粘度非牛顿流作用搅拌器的混合特性

对高粘度非牛顿流体,在层流域测定了双螺带-锚、内外单螺带-锚、田螺带-锚、交叉斜桨(MIG)-锚、椭圆板-锚、框-螺带-锚和偏框-锚等七种搅拌器的混合时间,研究了它们的混合特性。确认在上述搅拌器中,内外单螺带-锚搅拌器的混合性能最佳,混合时间随流体的流动行为指数n值的降低而增大。     

桨式搅拌器功率准数三种取得方法的对比

在有挡板条件下,对常用的桨式搅拌器(单层二叶平桨、二叶斜桨、四叶斜桨及双层四叶斜桨),桨槽径比为0.5—0.6,进行搅拌功率曲线的测绘。利用经验公式对功率准数进行了计算,通过关联值与实验值的对比发现,Nagata关联式在层流状态时关联值与实验值相差较小,在湍流时二者相差较大,而Kamei和Hiraoka关联式则在过渡流和湍流区与实验值比较吻合,在层流区的偏差比较大。利用计算流体力学模拟了搅拌器各种状态的功率准数值,模拟值与实验值对比发现,模拟值在不同的雷诺数时都与实验值吻合较好。     

新型柱形圆盘涡轮搅拌桨性能的实验研究

通过搅拌不同浓度的CMC溶液,研究了新型柱形圆盘涡轮搅拌桨在直径300mm的搅拌槽内的部分搅拌性能。利用实验仪器测出不同转速下的扭矩,进而计算出对应的搅拌功率N、功率准数Np和雷诺数Re,然后借助excel绘制出Re-Np的关系图;借助Matlab软件进行线性回归,得出Re-Np的关联式,并在双对数坐标上绘制出其关系图,可知Re<10时,Np与Re呈现负相关;Re>10时,Np随Re的增加下降趋势变缓。     

组合浆搅拌器搅拌特性的研究

为使聚合釜内搅拌介质在湍流，过渡流及层流域都能达到良好的混合，对锚－三叶推进器，锚－内外单螺带，正交双三角桨－单螺带，正交双层三角桨－内外单螺带等４种组合桨搅拌器，于φ３００ｍｍ的有机玻璃釜中，测定了在牛顿流体和假塑性流体中的搅拌功率和循环特性。实验结果表明，４种组合桨中，含正交双层三角桨的２种组合桨功率消耗小，循环能力明显较强，具有较好的循环性能和剪切能力，能在粘度变化范围宽广的介质中获得良好的