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1 簡介

    采用液(ye)(ye)液(ye)(ye)分(fen)散(san)操(cao)作(zuo)通(tong)常是為了以下目的：（1）通(tong)過(guo)液(ye)(ye)液(ye)(ye)分(fen)散(san)使相(xiang)(xiang)界面增加；（2）使分(fen)散(san)相(xiang)(xiang)液(ye)(ye)滴外部(bu)的擴散(san)阻(zu)力減小；（3）產生湍流促進濃(nong)度和(he)溫度均一化；（4）使分(fen)散(san)相(xiang)(xiang)液(ye)(ye)滴反復(fu)進行破碎凝(ning)并從(cong)而促進分(fen)散(san)相(xiang)(xiang)液(ye)(ye)滴間(jian)的傳質。

在液(ye)液(ye)分散(san)中，攪(jiao)(jiao)拌起著關鍵的作用，它(ta)控制(zhi)著液(ye)滴的聚并、破裂以及懸浮。攪(jiao)(jiao)拌影響液(ye)體流動的強(qiang)度與(yu)方向并進(jin)而(er)影響液(ye)滴的分布(bu)與(yu)均一性。

2 互溶液體的攪拌與混(hun)合

2.1 低粘液體的攪拌與混(hun)合

    互溶液(ye)體(ti)的(de)攪拌(ban)是兩種(zhong)(zhong)及兩種(zhong)(zhong)以上互溶液(ye)體(ti)在攪拌(ban)作用下，任意(yi)一點(dian)(dian)的(de)濃度(du)、密度(du)、溫(wen)度(du)以及其(qi)他物理狀態達到均勻的(de)過程，通(tong)常(chang)又稱為混(hun)勻過程，它是攪拌(ban)過程中朂基本的(de)一種(zhong)(zhong)過程。有時為了強調其(qi)屬于(yu)均相(xiang)攪拌(ban)的(de)特點(dian)(dian)。也稱其(qi)為調和(he)或(huo)調勻。

    低粘度互(hu)溶液體(ti)攪(jiao)拌過(guo)(guo)程(cheng)的主要特征是(shi)不存(cun)在(zai)傳遞過(guo)(guo)程(cheng)的相界面。對于(yu)一(yi)(yi)個純物(wu)理(li)混(hun)合(he)(he)(he)(he)過(guo)(guo)程(cheng)，低粘度互(hu)溶液體(ti)的混(hun)合(he)(he)(he)(he)屬于(yu)朂容易(yi)完(wan)成的過(guo)(guo)程(cheng)。但(dan)如果(guo)混(hun)合(he)(he)(he)(he)過(guo)(guo)程(cheng)伴有(you)(you)化(hua)學反(fan)應(ying)時(shi)，則往往會使過(guo)(guo)程(cheng)復雜化(hua)，主要表現在(zai)兩個方面:一(yi)(yi)是(shi)對混(hun)合(he)(he)(he)(he)時(shi)間(jian)有(you)(you)比較(jiao)嚴格的要求，以避免(mian)發(fa)生(sheng)一(yi)(yi)些不希望的副(fu)反(fan)應(ying);二是(shi)大多有(you)(you)反(fan)應(ying)熱(re)的導出(chu)或(huo)熱(re)量的導入，從而(er)增加了(le)混(hun)合(he)(he)(he)(he)過(guo)(guo)程(cheng)的控制難度。低粘度互(hu)溶液體(ti)的攪(jiao)拌操作(zuo)一(yi)(yi)般都是(shi)在(zai)湍流狀態下進行的。因而(er)這一(yi)(yi)過(guo)(guo)程(cheng)就具有(you)(you)較(jiao)強的主體(ti)擴(kuo)(kuo)散(san)、湍流擴(kuo)(kuo)散(san)和分子擴(kuo)(kuo)散(san)，在(zai)宏觀混(hun)合(he)(he)(he)(he)的過(guo)(guo)程(cheng)同時(shi)伴有(you)(you)很強的微觀混(hun)合(he)(he)(he)(he)過(guo)(guo)程(cheng)。

    為(wei)達(da)(da)到攪(jiao)(jiao)拌(ban)液(ye)體(ti)的(de)(de)混合(he)均勻(yun)(yun)狀態，低粘度(du)互溶液(ye)體(ti)的(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌(ban)首(shou)先要(yao)求提供(gong)足夠的(de)(de)循環(huan)量，避免在(zai)設(she)備(bei)內出現死區(qu)，使(shi)所有攪(jiao)(jiao)拌(ban)液(ye)體(ti)都能產(chan)生快(kuai)(kuai)速對流(liu)循環(huan)運動。其(qi)次，還要(yao)求攪(jiao)(jiao)拌(ban)器造成的(de)(de)液(ye)體(ti)湍流(liu)強度(du)或(huo)剪(jian)切(qie)速度(du)要(yao)大，尤其(qi)是當(dang)兩種(zhong)液(ye)體(ti)粘度(du)相(xiang)差比較大時，剪(jian)切(qie)的(de)(de)存在(zai)將(jiang)有利于(yu)高粘度(du)液(ye)體(ti)在(zai)設(she)備(bei)中的(de)(de)分散(san)，有利于(yu)湍流(liu)擴散(san)的(de)(de)強化。此外，當(dang)需要(yao)混勻(yun)(yun)的(de)(de)兩種(zhong)液(ye)體(ti)數(shu)量相(xiang)差較大時，少量液(ye)體(ti)的(de)(de)加料(liao)位(wei)置是很(hen)(hen)重要(yao)的(de)(de)，理想(xiang)的(de)(de)位(wei)置是葉(xie)輪(lun)(lun)區(qu)，或(huo)是在(zai)葉(xie)輪(lun)(lun)吸入口(kou)附近(jin)，以保證(zheng)進料(liao)能很(hen)(hen)快(kuai)(kuai)通過(guo)葉(xie)輪(lun)(lun)，促(cu)使(shi)攪(jiao)(jiao)拌(ban)液(ye)體(ti)很(hen)(hen)快(kuai)(kuai)達(da)(da)到濃度(du)均化。

    評價攪拌器混(hun)合(he)效果的主要性(xing)能(neng)指標(biao)有(you)混(hun)合(he)時(shi)間、能(neng)耗(hao)及剪切性(xing)能(neng)等。其中混(hun)合(he)時(shi)間是判(pan)斷(duan)混(hun)合(he)效果的朂重(zhong)要性(xing)能(neng)指標(biao)。

2.1 高粘液體的(de)攪拌(ban)與混合(he)

    工(gong)業(ye)生產中高粘(zhan)(zhan)度(du)流體(ti)的(de)應(ying)(ying)用日益(yi)增多(duo)，許多(duo)高分(fen)(fen)子聚合物都是高粘(zhan)(zhan)度(du)流體(ti)，它們很多(duo)又是非牛頓流體(ti)。在攪(jiao)(jiao)拌(ban)過程中粘(zhan)(zhan)度(du)還會發生變(bian)化(hua)(hua)，因而對攪(jiao)(jiao)拌(ban)器的(de)要求(qiu)就更高，要求(qiu)攪(jiao)(jiao)拌(ban)器能夠適應(ying)(ying)粘(zhan)(zhan)度(du)的(de)變(bian)化(hua)(hua)完成(cheng)攪(jiao)(jiao)拌(ban)操作(zuo)。高粘(zhan)(zhan)流體(ti)的(de)攪(jiao)(jiao)拌(ban)常泛指互溶的(de)高粘(zhan)(zhan)度(du)液體(ti)間的(de)混合。但(dan)高粘(zhan)(zhan)流體(ti)攪(jiao)(jiao)拌(ban)在工(gong)業(ye)中也有分(fen)(fen)散、固(gu)體(ti)溶解(jie)、化(hua)(hua)學反應(ying)(ying)等多(duo)種非均相(xiang)操作(zuo)。

    攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)操作時，用攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)器(qi)對低粘度互溶液造(zao)成(cheng)湍流(liu)(liu)(liu)并不困難.但粘度達到較(jiao)(jiao)高水平后，由于粘滯力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)影響，就(jiu)只能出現層(ceng)流(liu)(liu)(liu)狀態。尤其困難的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，這種層(ceng)流(liu)(liu)(liu)也只能出現在(zai)(zai)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)附(fu)近，離槳葉稍遠(yuan)些(xie)地方的(de)(de)(de)(de)(de)高粘度液體(ti)(ti)仍是(shi)靜止的(de)(de)(de)(de)(de)。這樣(yang)就(jiu)很(hen)(hen)難造(zao)成(cheng)液體(ti)(ti)在(zai)(zai)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)設(she)(she)備(bei)(bei)內的(de)(de)(de)(de)(de)循環(huan)流(liu)(liu)(liu)動，即在(zai)(zai)設(she)(she)備(bei)(bei)內會(hui)有(you)死區存在(zai)(zai)，對混合、分散、傳熱、反(fan)應等各種攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)過程十(shi)分不利。所以，高粘度液體(ti)(ti)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)首要問(wen)題就(jiu)是(shi)要解決(jue)流(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)流(liu)(liu)(liu)動與循環(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題。在(zai)(zai)這種情(qing)況下，不能靠增(zeng)大(da)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)轉速來提高攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)循環(huan)流(liu)(liu)(liu)量(liang)，因為流(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)粘度較(jiao)(jiao)高時，攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)器(qi)排(pai)出的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)量(liang)很(hen)(hen)少(shao)，轉速過高還會(hui)在(zai)(zai)高粘度溶液中形成(cheng)溝流(liu)(liu)(liu)，而周(zhou)圍(wei)液體(ti)(ti)仍為死區。較(jiao)(jiao)為有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)解決(jue)辦(ban)法是(shi)設(she)(she)法使攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)器(qi)推動更大(da)范圍(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)。因此，高粘度液體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)器(qi)直(zhi)徑與設(she)(she)備(bei)(bei)內徑之比、槳葉的(de)(de)(de)(de)(de)寬度與設(she)(she)備(bei)(bei)內徑之比都要求(qiu)比較(jiao)(jiao)大(da)，有(you)時還要求(qiu)增(zeng)加攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)層(ceng)數，以增(zeng)大(da)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)范圍(wei)。

    從攪(jiao)拌(ban)機理來(lai)看，在(zai)層流(liu)區(qu)(qu)混合(he)(he)高粘(zhan)度(du)(du)液(ye)體時(shi)，液(ye)體單元經受剪(jian)(jian)(jian)(jian)切(qie)細分(fen)作用(yong)(yong)被拉長、拉細或(huo)分(fen)割，隨(sui)著剪(jian)(jian)(jian)(jian)切(qie)時(shi)間(jian)的(de)(de)增加，逐漸(jian)達到混合(he)(he)。同時(shi)，由于(yu)攪(jiao)拌(ban)設備內(nei)(nei)剪(jian)(jian)(jian)(jian)切(qie)場不是均勻的(de)(de)，例如錨(mao)(mao)式(shi)攪(jiao)拌(ban)器(qi)(qi)在(zai)錨(mao)(mao)與釜壁間(jian)的(de)(de)間(jian)隙區(qu)(qu)是強剪(jian)(jian)(jian)(jian)切(qie)區(qu)(qu)，液(ye)體的(de)(de)混合(he)(he)速(su)(su)率(lv)較快，而釜中(zhong)部區(qu)(qu)域則是低剪(jian)(jian)(jian)(jian)切(qie)區(qu)(qu)，混合(he)(he)速(su)(su)率(lv)較慢(man)，因此(ci)，高剪(jian)(jian)(jian)(jian)切(qie)區(qu)(qu)與低剪(jian)(jian)(jian)(jian)切(qie)區(qu)(qu)間(jian)的(de)(de)液(ye)體交換速(su)(su)率(lv)或(huo)液(ye)體在(zai)釜內(nei)(nei)的(de)(de)循(xun)環能力也(ye)是影響混合(he)(he)的(de)(de)重要因素。此(ci)外，設備內(nei)(nei)流(liu)體的(de)(de)速(su)(su)度(du)(du)波(bo)動也(ye)能促(cu)進混合(he)(he)。換言之，高粘(zhan)度(du)(du)液(ye)體的(de)(de)混合(he)(he)速(su)(su)率(lv)主要取決(jue)于(yu)攪(jiao)拌(ban)器(qi)(qi)與釜壁表面間(jian)的(de)(de)相對運動速(su)(su)率(lv)及相互之間(jian)的(de)(de)距離，為此(ci)也(ye)要求用(yong)(yong)于(yu)高粘(zhan)流(liu)體的(de)(de)攪(jiao)拌(ban)器(qi)(qi)，攪(jiao)拌(ban)器(qi)(qi)直徑與設備內(nei)(nei)徑的(de)(de)比值都(dou)相當大(da)。實際(ji)生(sheng)產過(guo)程中(zhong)，常用(yong)(yong)的(de)(de)粘(zhan)性流(liu)體攪(jiao)拌(ban)器(qi)(qi)有錨(mao)(mao)式(shi)攪(jiao)拌(ban)器(qi)(qi)、螺帶式(shi)攪(jiao)拌(ban)器(qi)(qi)、框式(shi)攪(jiao)拌(ban)器(qi)(qi)等(deng)。

    評價攪拌器混合效果的(de)主要(yao)性能(neng)指標有混合時間、單位體積混合能(neng)等。其(qi)中混合時間是判斷混合效果的(de)朂(xu)重(zhong)要(yao)性能(neng)指標。

3 不互溶液體的分散操作

    通過攪拌使互不相溶的兩種液體進(jin)行分散是一個(ge)重要的單元(yuan)操作，常用(yong)于萃(cui)取、乳液聚(ju)合和懸浮聚(ju)合等(deng)。

    液(ye)液(ye)分(fen)散時，液(ye)相(xiang)密度較大(da)(da)的稱為重(zhong)相(xiang)，另一相(xiang)則為輕相(xiang)。絕(jue)大(da)(da)多數場合是將輕相(xiang)分(fen)散在重(zhong)相(xiang)中，例如(ru)油分(fen)散在水中，然(ran)而在一定條件下(xia)也能(neng)使(shi)重(zhong)相(xiang)分(fen)散在輕相(xiang)中。

    在液液分散操(cao)作中，通(tong)常應(ying)(ying)把攪拌器(qi)置于連續相(xiang)內(nei)，并應(ying)(ying)選擇適(shi)宜的(de)攪拌器(qi)型式和尺寸。如果攪拌器(qi)的(de)直徑太(tai)小，則(ze)大(da)量的(de)輕相(xiang)液仍(reng)然停留(liu)在液面的(de)邊緣(yuan)上；反(fan)之，輕相(xiang)液將停留(liu)在攪拌軸的(de)周圍(wei)難以分散。一般情況(kuang)下，可加(jia)擋板以增加(jia)效果。

    攪拌互不相溶的(de)液液兩相時，在(zai)連續相內液滴(di)(di)不斷地破碎和凝(ning)并，經過一段時間以后，液滴(di)(di)的(de)破碎速率(lv)和凝(ning)并速率(lv)相等(deng)，達到動態平衡，于是在(zai)設備內形成穩定(ding)的(de)分散(san)體系。

    通常用完(wan)全(quan)分(fen)(fen)散和均(jun)(jun)勻分(fen)(fen)散兩個概念來描述液(ye)液(ye)兩相的(de)分(fen)(fen)散程(cheng)(cheng)度(du)。完(wan)全(quan)分(fen)(fen)散狀態只能粗略地(di)反映分(fen)(fen)散程(cheng)(cheng)度(du)。當攪拌(ban)設備各部(bu)位的(de)液(ye)滴濃度(du)都相等時，即認為達(da)到(dao)了(le)均(jun)(jun)勻分(fen)(fen)散狀態。分(fen)(fen)散過(guo)程(cheng)(cheng)如(ru)下圖所示(shi)：

通過(guo)攪拌(ban)使一個液相完全(quan)分散于(yu)另一個與它不相溶的(de)液相中(zhong)時所需的(de)更低攪拌(ban)轉速(su)稱臨(lin)界轉速(su)。

4 不互溶液(ye)液(ye)攪拌設備(bei)

    流動區、液滴(di)破裂-凝(ning)并、界面積(ji)、液滴(di)直徑、質(zhi)量傳(chuan)遞系數(shu)等(deng)都是重要的(de)設(she)計參數(shu)。液滴(di)的(de)破裂和(he)(he)液滴(di)尺寸由攪拌(ban)器(qi)的(de)結構和(he)(he)輸入功率決定(ding)。斜(xie)槳圓(yuan)盤渦(wo)輪由于具(ju)有(you)高的(de)泵送能(neng)力(li)，通常用于液液分散體系，有(you)利(li)于克服可能(neng)存在的(de)相密度差。平槳圓(yuan)盤渦(wo)輪比較適合于產(chan)生穩定(ding)乳液和(he)(he)適當的(de)氣體夾帶(dai)。

    對于容器(qi)較高的液(ye)液(ye)分(fen)散，可能還需要多層攪(jiao)拌器(qi)，或者在(zai)加上(shang)部擋板以及(ji)導流筒等。如(ru)下圖所示：