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1 簡(jiǎn)介

    采用液液分散操作通常是為了以下目的：（1）通過(guò)液液分散使相界面增加；（2）使分散相液滴外部的擴散阻力減??；（3）產(chǎn)生湍流促進(jìn)濃度和溫度均一化；（4）使分散相液滴反復進(jìn)行破碎凝并從而促進(jìn)分散相液滴間的傳質(zhì)。

在液液分散中，攪拌起著(zhù)關(guān)鍵的作用，它控制著(zhù)液滴的聚并、破裂以及懸浮。攪拌影響液體流動(dòng)的強度與方向并進(jìn)而影響液滴的分布與均一性。

2 互溶液體的攪拌與混合

2.1 低粘液體的攪拌與混合

    互溶液體的攪拌是兩種及兩種以上互溶液體在攪拌作用下，任意一點(diǎn)的濃度、密度、溫度以及其他物理狀態(tài)達到均勻的過(guò)程，通常又稱(chēng)為混勻過(guò)程，它是攪拌過(guò)程中**基本的一種過(guò)程。有時(shí)為了強調其屬于均相攪拌的特點(diǎn)。也稱(chēng)其為調和或調勻。

    低粘度互溶液體攪拌過(guò)程的主要特征是不存在傳遞過(guò)程的相界面。對于一個(gè)純物理混合過(guò)程，低粘度互溶液體的混合屬于**容易完成的過(guò)程。但如果混合過(guò)程伴有化學(xué)反應時(shí)，則往往會(huì )使過(guò)程復雜化，主要表現在兩個(gè)方面:一是對混合時(shí)間有比較嚴格的要求，以避免發(fā)生一些不希望的副反應;二是大多有反應熱的導出或熱量的導入，從而增加了混合過(guò)程的控制難度。低粘度互溶液體的攪拌操作一般都是在湍流狀態(tài)下進(jìn)行的。因而這一過(guò)程就具有較強的主體擴散、湍流擴散和分子擴散，在宏觀(guān)混合的過(guò)程同時(shí)伴有很強的微觀(guān)混合過(guò)程。

    為達到攪拌液體的混合均勻狀態(tài)，低粘度互溶液體的攪拌首先要求提供足夠的循環(huán)量，避免在設備內出現死區，使所有攪拌液體都能產(chǎn)生快速對流循環(huán)運動(dòng)。其次，還要求攪拌器造成的液體湍流強度或剪切速度要大，尤其是當兩種液體粘度相差比較大時(shí)，剪切的存在將有利于高粘度液體在設備中的分散，有利于湍流擴散的強化。此外，當需要混勻的兩種液體數量相差較大時(shí)，少量液體的加料位置是很重要的，理想的位置是葉輪區，或是在葉輪吸入口附近，以保證進(jìn)料能很快通過(guò)葉輪，促使攪拌液體很快達到濃度均化。

    評價(jià)攪拌器混合效果的主要性能指標有混合時(shí)間、能耗及剪切性能等。其中混合時(shí)間是判斷混合效果的**重要性能指標。

2.1 高粘液體的攪拌與混合

    工業(yè)生產(chǎn)中高粘度流體的應用日益增多，許多高分子聚合物都是高粘度流體，它們很多又是非牛頓流體。在攪拌過(guò)程中粘度還會(huì )發(fā)生變化，因而對攪拌器的要求就更高，要求攪拌器能夠適應粘度的變化完成攪拌操作。高粘流體的攪拌常泛指互溶的高粘度液體間的混合。但高粘流體攪拌在工業(yè)中也有分散、固體溶解、化學(xué)反應等多種非均相操作。

    攪拌操作時(shí)，用攪拌器對低粘度互溶液造成湍流并不困難.但粘度達到較高水平后，由于粘滯力的影響，就只能出現層流狀態(tài)。尤其困難的是，這種層流也只能出現在攪拌器的附近，離槳葉稍遠些地方的高粘度液體仍是靜止的。這樣就很難造成液體在攪拌設備內的循環(huán)流動(dòng)，即在設備內會(huì )有死區存在，對混合、分散、傳熱、反應等各種攪拌過(guò)程十分不利。所以，高粘度液體攪拌的首要問(wèn)題就是要解決流體流動(dòng)與循環(huán)的問(wèn)題。在這種情況下，不能靠增大攪拌轉速來(lái)提高攪拌器的循環(huán)流量，因為流體粘度較高時(shí)，攪拌器排出的流量很少，轉速過(guò)高還會(huì )在高粘度溶液中形成溝流，而周?chē)后w仍為死區。較為有效的解決辦法是設法使攪拌器推動(dòng)更大范圍的流體。因此，高粘度液體的攪拌器直徑與設備內徑之比、槳葉的寬度與設備內徑之比都要求比較大，有時(shí)還要求增加攪拌器的層數，以增大攪拌范圍。

    從攪拌機理來(lái)看，在層流區混合高粘度液體時(shí)，液體單元經(jīng)受剪切細分作用被拉長(cháng)、拉細或分割，隨著(zhù)剪切時(shí)間的增加，逐漸達到混合。同時(shí)，由于攪拌設備內剪切場(chǎng)不是均勻的，例如錨式攪拌器在錨與釜壁間的間隙區是強剪切區，液體的混合速率較快，而釜中部區域則是低剪切區，混合速率較慢，因此，高剪切區與低剪切區間的液體交換速率或液體在釜內的循環(huán)能力也是影響混合的重要因素。此外，設備內流體的速度波動(dòng)也能促進(jìn)混合。換言之，高粘度液體的混合速率主要取決于攪拌器與釜壁表面間的相對運動(dòng)速率及相互之間的距離，為此也要求用于高粘流體的攪拌器，攪拌器直徑與設備內徑的比值都相當大。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常用的粘性流體攪拌器有錨式攪拌器、螺帶式攪拌器、框式攪拌器等。

    評價(jià)攪拌器混合效果的主要性能指標有混合時(shí)間、單位體積混合能等。其中混合時(shí)間是判斷混合效果的**重要性能指標。

3 不互溶液體的分散操作

    通過(guò)攪拌使互不相溶的兩種液體進(jìn)行分散是一個(gè)重要的單元操作，常用于萃取、乳液聚合和懸浮聚合等。

    液液分散時(shí)，液相密度較大的稱(chēng)為重相，另一相則為輕相。絕大多數場(chǎng)合是將輕相分散在重相中，例如油分散在水中，然而在一定條件下也能使重相分散在輕相中。

    在液液分散操作中，通常應把攪拌器置于連續相內，并應選擇適宜的攪拌器型式和尺寸。如果攪拌器的直徑太小，則大量的輕相液仍然停留在液面的邊緣上；反之，輕相液將停留在攪拌軸的周?chē)y以分散。一般情況下，可加擋板以增加效果。

    攪拌互不相溶的液液兩相時(shí)，在連續相內液滴不斷地破碎和凝并，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，液滴的破碎速率和凝并速率相等，達到動(dòng)態(tài)平衡，于是在設備內形成穩定的分散體系。

    通常用完全分散和均勻分散兩個(gè)概念來(lái)描述液液兩相的分散程度。完全分散狀態(tài)只能粗略地反映分散程度。當攪拌設備各部位的液滴濃度都相等時(shí)，即認為達到了均勻分散狀態(tài)。分散過(guò)程如下圖所示：

    通過(guò)攪拌使一個(gè)液相完全分散于另一個(gè)與它不相溶的液相中時(shí)所需的**低攪拌轉速稱(chēng)臨界轉速。

4 不互溶液液攪拌設備

    流動(dòng)區、液滴破裂-凝并、界面積、液滴直徑、質(zhì)量傳遞系數等都是重要的設計參數。液滴的破裂和液滴尺寸由攪拌器的結構和輸入功率決定。斜槳圓盤(pán)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(pán)渦輪比較適合于產(chǎn)生穩定乳液和適當的氣體夾帶。

    對于容器較高的液液分散，可能還需要多層攪拌器，或者在加上部擋板以及導流筒等。如下圖所示：