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黏彈性流體的攪拌過程特征及對攪拌要求

黏彈性流體行為可以對體系的混合作用產(chǎn)生巨大的負(fù)效應(yīng)。黏彈性流體的典型特征是具有法向應(yīng)力差、彈性回縮、應(yīng)力突增( Overshoot)現(xiàn)象。這些特征可以顯著地影響混合行為。黏彈性流體流場中力學(xué)特征明顯地不同于其他流體。對于牛頓流體,由于攪拌的離心作用,流體在攪拌設(shè)備內(nèi)呈漩渦狀;與此相反,黏彈性流體在攪拌過程中zui明顯的特性是具有彈性。彈性是材料在受力形變時試圖維持原來的形狀或形變試圖恢復(fù)原來的形狀的一個特性。因此在攪拌操作中,彈性使材料試圖維持原來的形狀而不產(chǎn)生混合。黏彈性流體在運(yùn)動時,總是產(chǎn)生垂直于剪切面的法向應(yīng)力差,該法向應(yīng)力差會引發(fā)二次流,促使攪拌設(shè)備中的流體產(chǎn)生爬桿現(xiàn)象— Weissenberg效應(yīng),即由攪拌器葉片端部吸入流體,沿攪拌軸方向排出。

對于氣液操作,攪拌器設(shè)計的一些基本原則是:為了防止氣體短路,攪拌器通常采用中間有水平圓盤的。需要注意的是,雖然攪拌作用產(chǎn)生的低壓漩渦會吸入氣體,但是當(dāng)氣體量達(dá)到一定程度時,也會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象,從而使攪拌的作用大大下降。攪拌器的氣體處理能力與攪拌器的葉片數(shù)有關(guān),葉片數(shù)越多,處理氣體的能力越大。典型的氣體分散攪拌器是帶有六葉片盤形渦輪,為zui傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu),是積累了多年經(jīng)驗(yàn)而形成的。采用凹面葉片而不是平葉片的渦輪,具有許多優(yōu)越性,可以使氣液體系產(chǎn)生更大的湍動作用,從而提高混合效率。

除了攪拌器本身對氣液接觸效率有影響外,攪拌器的安裝方式對氣液接觸能力的改善也有重要作用,研究中發(fā)現(xiàn),臥式攪拌方式可使傳質(zhì)系數(shù)提高一個數(shù)量級。當(dāng)氣液體系涉及固相懸浮時,多個攪拌器的使用有時是有幫助的,一個用于氣體的吸入,另一個則用于固體的懸浮。在通氣條件下操作的攪拌器,當(dāng)停止通氣時將會突然消耗很大的功率。為此在選擇電動機(jī)時有兩種方案:一是根據(jù)不通氣時的攪拌功率來確定電動機(jī)功率;二是根據(jù)通氣時的攪拌功率來確定電動機(jī)功率。弟一種方案雖然比較保險,但能量利用率較低;第二種方案操作要復(fù)雜一些,但能量利用率高,設(shè)計時選用多級或無級調(diào)速電動機(jī)就可以保證各種工況下的操作,即在不通氣或通氣量少時采用低轉(zhuǎn)速,在通氣量正常時再調(diào)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速。