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液-液攪拌過程的設(shè)計要點(diǎn)

液-液體系對攪拌的要求類似于氣液體系,二者都需要高的界面積。所不同的是氣泡與液滴所承受的浮力的差別。因?yàn)橐阂后w系的浮力不像氣液體系那樣明顯,液液體系通常比氣液體系容易模擬。同樣,流動區(qū)、液滴坡裂凝并、界面積、液滴直徑、質(zhì)量傳遞系數(shù)等都是重要的設(shè)計參數(shù)

液液體系的功率輸入并不像氣液體系那樣顯得重要。由于兩相密度差通常相差不大,不會有一相大量地集中在攪拌器周圍。

液滴的坡裂和液滴尺寸由攪拌器的結(jié)構(gòu)和輸入功率決定。液滴的坡裂通常出現(xiàn)在攪拌器槳葉或槳葉的尾渦中。坡裂通常不會出現(xiàn)在釜體靜止區(qū),而液滴的凝并會出現(xiàn)在釜的本體區(qū)。如果在槳葉前后形成非常高的壓降,會出現(xiàn)爆坡現(xiàn)象,從而有非常小的液滴形成。

液滴的尺寸可以由攪拌器的幾何結(jié)構(gòu)、功率輸入、已進(jìn)攪拌區(qū)和靜止區(qū)的體積比控制。類似于氣-液分散,隨著攪拌器葉片數(shù)的增加,攪拌區(qū)的比例提高,葉片的幾何形狀和葉片的角度影響攪拌的強(qiáng)度和性質(zhì),從而影響液滴尺寸。高速剪切攪拌器促使液滴坡裂而阻礙液滴凝并,從而使液滴尺寸降低。在液-液體系中,密度差并不像氣液體系那樣明顯,攪拌器中間的圓盤并不需要,進(jìn)料也并不要求一定從底部進(jìn)料。但攪拌釜中液液體系的界面積和液滴尺寸的放大預(yù)測不是一件容易的事,攪拌器葉片厚度或?qū)挾鹊奈⑿「淖兌加锌赡軐?dǎo)致剪切速率及液滴尺寸的改變。

另外,雜質(zhì)含量對液滴的形成有重要的影響,通常用于實(shí)驗(yàn)的流體與工業(yè)規(guī)模的實(shí)際流體是有區(qū)別的,這也引起液滴尺寸的不可預(yù)測性。所以中試研究盡量采用用工業(yè)規(guī)模相同的流體、相同的加料方式和操作步驟,包括相同的雜質(zhì)等,以減少放大因素的不確定性。中試研究的目的就是獲得可放大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。放大過程,由于加料口離攪拌器位置的略為改變有時會導(dǎo)致過程行為和液滴尺寸顯著的不同。

攪拌器直徑與釜徑之比d/D會影響液滴分散和凝并的平衡,所以中試過程一定要研究d/D對液滴分散的影響。液液放大過程的關(guān)鍵是對各異相區(qū)的比例變化的認(rèn)識。

斜槳圓盤渦輪由于具有高的泵送能力,通常用于液液分散體系,有利于克服可能存在的相密度差。平槳圓盤渦輪比較適合于產(chǎn)生穩(wěn)定乳液和適當(dāng)?shù)臍怏w夾帶。

雜質(zhì)和表面活性劑很容易在相界面吸附,嚴(yán)重地影響界面特性和界面積。如果過程嚴(yán)重地依賴界面特性,放大過程必須考慮雜質(zhì)和表面活性劑變化的影響。表面電荷是另一個需要關(guān)注的因素。

生成均勻的液滴通常是體系的一個目標(biāo),攪拌釜通常操作在湍流條件下,液滴尺寸的分散程度非常大。當(dāng)對液滴的分布均勻度要求比較高時,通常需要考慮采用非攪拌設(shè)備。