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悬浮搅拌设备及其选择与应用
admin 2018-11-17 302次

  3固液体系的悬浮状态

  从固液搅拌的特性来分,固液搅拌设备的目的主要有两个:(1)使固体粒子完全悬浮起来,简称完全离底悬浮。(2)使固体粒子在全槽均匀悬浮,简称均匀悬浮。这也是两个不同的悬浮状态。

  另外,将漂浮在液面上的固体颗粒悬浮在液体中也是悬浮状态之一。

  3.1完全离底悬浮

  完全离底悬浮的作用是降低固体周围的扩散阻力,以便于固体颗粒的溶解或结晶以及固液的质量交换。有时仅仅是防止固体粒子在槽底堆积而堵塞出料口。固体粒子在槽底的停留时间不超过1-2s就认为达到了完全离底悬浮,能满足此条件的低转速称为完全离底悬浮的临界转速。

  3.2均匀悬浮

  在制造涂料、油墨和化妆品时,需要使固体粒子在液体中完全均匀分散。根据槽内不同位置的固体含量,用浓度方差来定义悬浮均匀度,均匀度越高表明悬浮越均匀。

  不同的悬浮状态如下图所示。

  3.3漂浮物的悬浮

  典型的悬浮颗粒有以下几种:颗粒密度较小、颗粒会吸附很多空气(如面粉)、颗粒很难吸收液体而结团(如有些聚合物)。

  促使悬浮物进入液体的一个重要原因是流体漩涡的形成,因此,能够使流体产生强烈漩涡的搅拌器才能够产生较强的悬浮能力,如能够强制流体向下流动的45°斜桨。

  4悬浮搅拌设备

  悬浮搅拌设备一般包括搅拌器、槽和挡板等几部分。

  影响固液悬浮的因素较多,主要有以下几种:

  4.1搅拌器

  对于完全离底悬浮,只需使用一层叶轮。而对于均匀悬浮,必须使用多层叶轮,但临界转速仍由下层的叶轮所决定。

  某些高效轴向流叶轮非常适合固液悬浮操作,这些叶轮都有变叶宽和变倾角的特点。典型的固液搅拌叶轮如下图所示。

  4.2桨径与槽径之比

  采用涡轮式或桨式叶轮时,若粘度变化不大,桨径与槽径之比一般取0.35到0.5之间。

  4.3槽底形状

  平底槽和锥形槽容易产生粒子堆积,碟形槽功耗较大,曲面底槽可避免上述困难。

  4.4叶轮的离底高度

  叶轮离底太近,槽底的颗粒堆积会导致叶轮启动障碍。叶轮离底太远,对槽底颗粒的悬浮作用会减弱。较合适的高度为槽径的0.25倍左右。

  4.5挡板和导流筒

  为避免形成液体回转部,一般要安装挡板,有时还要安装导流筒。

  5悬浮搅拌设备的选择

  选择悬浮搅拌设备主要根据工艺的需要,主要包括以下方面:

  5.1工艺问题

  (1)分批、半分批还是连续过程?

  (2)工艺过程中,会出现什么相?

  (3)固液间是否有化学反应发生?

  (4)液固相的物理特性是什么?

  (5)需要多大的悬浮程度?

  (6)达到这个悬浮状态需要的小转速是多少?

  (7)如果搅拌转速减小或者搅拌中断会出现什么情况?

  (8)搅拌转速上升时悬浮情况有何变化?

  (9)容器的几何形状对工艺有何影响?

  (10)适合该工艺的设备材料是什么?

  5.2槽与搅拌器的问题

  包括槽底形状的设计、槽的大小与直径、挡板与其他附件。

  包括桨的形状、数量与方向;桨的位置;桨的转速与功率;桨叶的直径与长度;电机与密封系统。

  6悬浮搅拌设备的应用

  悬浮搅拌设备的应用主要应用在以下几个方面:

  6.1固体分散

  搅拌器的作用使颗粒或团聚体分散并悬浮在液体中,形成均匀悬浮或者浆液。应用于制备固体反应物浆液和催化剂浆液,然后进入下一个反应器;或者仅仅使固体分散成颗粒悬浮在液体中。

  6.2溶解与过滤

  溶解是使液固质量传递的单元操作,固体粒子被液体吸收而变小并终消失。过滤是使液体中的可溶成分析出的单元操作,有些树脂与塑料,析出时会因吸收了液体而溶胀。在许多体系中,溶解与过滤后的液体的密度与粘度会发生变化。在这一过程中,搅拌的目的是得到需要的溶解或过滤速率。

  6.3结晶与沉淀析出

  未加晶种前,溶液中的粒子是自由粒子,经结晶或沉析操作形成颗粒,操作时,颗粒的直径与数量在同步增长,与此同时,浆液的密度和粘度也发生改变。本工艺的目的是控制成核与粒子增长速率,使粒子的破碎与磨损达到较小。平均粒径与粒径分布是一个重要的指标。控制液相的浓度,避免局部浓度过大也是需要控制的。

  6.4吸收、解吸与离子交换

  也是质量交换的过程。

  6.5催化颗粒反应

  该操作将反应物吸收到催化剂表面并从催化剂表面移除生成物,催化剂在液体中的均匀悬浮是操作的关键。另外,搅拌器降低了质量传递的边界层,增强了液固的质量交换。

  6.6聚合反应

  反应开始时,搅拌器要使单体液滴得到稳定的分散。随着反应的进行,生成的聚合物变得很粘,搅拌器又要控制单体与催化剂的接触,并进而控制聚合物的粒径与粒径分布。在聚合反应中,搅拌的目的是维持单体与聚合物的均匀分散。


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