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1 簡(jian)介

    固液(ye)(ye)懸(xuan)浮是(shi)(shi)在機(ji)械攪(jiao)(jiao)拌(ban)的(de)(de)(de)情況下(xia)進行的(de)(de)(de)，固液(ye)(ye)攪(jiao)(jiao)拌(ban)的(de)(de)(de)基本目的(de)(de)(de)是(shi)(shi)產生與維(wei)持(chi)懸(xuan)浮液(ye)(ye)，以(yi)及增強氣固相間的(de)(de)(de)質量(liang)傳遞。固液(ye)(ye)攪(jiao)(jiao)拌(ban)通常分(fen)為以(yi)下(xia)幾個部(bu)分(fen)：（1）：固體(ti)(ti)顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)懸(xuan)浮；（2）：沉降顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)再(zai)懸(xuan)浮；（3）：懸(xuan)浮顆(ke)粒(li)滲(shen)入液(ye)(ye)體(ti)(ti)；（4）利用顆(ke)粒(li)之(zhi)間以(yi)及顆(ke)粒(li)與槳之(zhi)間的(de)(de)(de)作用力使(shi)顆(ke)粒(li)團(tuan)聚體(ti)(ti)分(fen)散或者控制顆(ke)粒(li)大小；（5）液(ye)(ye)固之(zhi)間的(de)(de)(de)質量(liang)傳遞。

    典型的固液攪拌設備(bei)如(ru)下圖所示：

2 固液體系的主要影響因素

    固(gu)體(ti)顆粒和(he)液體(ti)的(de)(de)(de)特性都影響(xiang)(xiang)著(zhu)流體(ti)流動和(he)粒子懸浮，槽的(de)(de)(de)幾何形狀(zhuang)和(he)攪拌器的(de)(de)(de)參數也有(you)著(zhu)同樣(yang)重(zhong)要的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。歸納起來，這些影響(xiang)(xiang)因素包括：

2.1 液(ye)體(ti)的物理性(xing)質

    包括密度、固液密度差和粘度等。

2.2 固體的(de)物理性質

    包括密度(du)、粒徑、幾(ji)何形狀與球形度(du)、濕潤特性(xing)、捕捉外(wai)部氣(qi)體的能力(li)、團聚性(xing)質以及硬度(du)和摩擦特性(xing)等(deng)。

2.3 工藝(yi)操作條件

    包括槽內液體(ti)的(de)深(shen)度、粒(li)子(zi)(zi)濃(nong)度、粒(li)子(zi)(zi)的(de)體(ti)積分(fen)數以及(ji)有無氣泡的(de)出現(xian)或消失等。

2.4 幾何(he)參數

    包括槽徑、槽底(di)(di)的(de)(de)幾何形(xing)狀（平(ping)底(di)(di)、圓底(di)(di)、橢圓底(di)(di)、錐底(di)(di)）、攪拌器(qi)(qi)的(de)(de)形(xing)狀與幾何尺寸、攪拌器(qi)(qi)的(de)(de)安裝位置以及葉(xie)片的(de)(de)個數等。

2.5 攪拌(ban)條件

    包(bao)括攪拌器的轉速(su)、攪拌功率、槳端線(xian)速(su)度(du)、懸浮等級、液(ye)體流型(xing)和槽內湍流強(qiang)度(du)的分布(bu)等。

3 固液體(ti)系(xi)的懸浮狀態

    從(cong)固液(ye)攪拌的(de)特性來分(fen)，固液(ye)攪拌設備的(de)目的(de)主要有兩個：（1）使(shi)固體粒子(zi)完全(quan)懸浮(fu)起(qi)來，簡(jian)稱完全(quan)離底懸浮(fu)。（2）使(shi)固體粒子(zi)在全(quan)槽均勻(yun)懸浮(fu)，簡(jian)稱均勻(yun)懸浮(fu)。這也是(shi)兩個不同的(de)懸浮(fu)狀態。

    另外(wai)，將(jiang)漂浮在(zai)(zai)液(ye)面上(shang)的固體顆粒(li)懸浮在(zai)(zai)液(ye)體中也(ye)是懸浮狀態之一。

3.1 完(wan)全離底懸浮

    完(wan)全離(li)(li)底(di)懸(xuan)浮(fu)的(de)作用是(shi)降低固體周圍的(de)擴散阻力，以便于固體顆粒(li)的(de)溶解或結晶以及固液的(de)質量(liang)交換(huan)。有時僅僅是(shi)防(fang)止固體粒(li)子在槽底(di)堆積而堵(du)塞出料口。固體粒(li)子在槽底(di)的(de)停留(liu)時間不超過1-2 s就認為達到了完(wan)全離(li)(li)底(di)懸(xuan)浮(fu)，能滿(man)足此條件(jian)的(de)更(geng)低轉速(su)稱為完(wan)全離(li)(li)底(di)懸(xuan)浮(fu)的(de)臨界轉速(su)。

3.2 均勻懸浮

    在制造涂料、油墨和化(hua)妝品時，需(xu)要使固(gu)體(ti)粒(li)子在液(ye)體(ti)中完(wan)全(quan)均(jun)勻(yun)分散。根據槽(cao)內不(bu)同位置(zhi)的固(gu)體(ti)含量，用濃度方差來定義(yi)懸浮(fu)均(jun)勻(yun)度，均(jun)勻(yun)度越高表(biao)明懸浮(fu)越均(jun)勻(yun)。

不同的懸(xuan)浮狀態如下圖所示。

3.3 漂浮(fu)物的懸浮(fu)

    典型的懸浮顆粒(li)有以下幾種：顆粒(li)密度較小、顆粒(li)會吸(xi)附很多(duo)空氣（如面粉）、顆粒(li)很難吸(xi)收液體(ti)而結(jie)團（如有些聚(ju)合物）。

    促使懸浮(fu)物進(jin)入液體的(de)一個重(zhong)要原因是流(liu)體漩渦的(de)形(xing)成，因此(ci)，能(neng)夠使流(liu)體產(chan)生(sheng)強(qiang)烈漩渦的(de)攪(jiao)拌(ban)器才能(neng)夠產(chan)生(sheng)較強(qiang)的(de)懸浮(fu)能(neng)力(li)，如能(neng)夠強(qiang)制流(liu)體向(xiang)下流(liu)動的(de)45°斜(xie)槳。上(shang)翻(fan)？

4 懸(xuan)浮攪拌設備

    懸浮(fu)攪拌設備一般包括(kuo)攪拌器、槽和擋板等幾部(bu)分。

 ;   影(ying)響固液懸浮(fu)的因素(su)較多，主(zhu)要有以(yi)下幾種：

4.1 攪拌器

    對于完全離底懸浮，只需使(shi)用一層(ceng)葉(xie)(xie)輪(lun)。而對于均勻懸浮，必須使(shi)用多層(ceng)葉(xie)(xie)輪(lun)，但臨界轉速仍(reng)由朂下層(ceng)的葉(xie)(xie)輪(lun)所決定。

    某(mou)些高效軸向流葉(xie)輪非常適合固(gu)液懸浮操作，這些葉(xie)輪都有變葉(xie)寬和(he)變傾角的(de)特點。典(dian)型(xing)的(de)固(gu)液攪拌葉(xie)輪如(ru)下圖所(suo)示(shi)。

典型的(de)固液攪(jiao)拌葉輪

4.2 槳徑與槽(cao)徑之比

采用(yong)渦(wo)輪式(shi)或槳式(shi)葉輪時，若粘度變化不大，槳徑與槽徑之比(bi)一般取0.35到(dao)0.5之間。

4.3 槽(cao)底形狀

平底槽(cao)和(he)錐(zhui)形(xing)槽(cao)容易(yi)產生粒子堆積，碟(die)形(xing)槽(cao)功耗較大，曲面底槽(cao)可避免上述(shu)困難(nan)。

4.4 葉輪的離(li)底高(gao)度(du)

葉(xie)輪離底太(tai)(tai)近，槽(cao)(cao)底的顆(ke)粒堆積會導致葉(xie)輪啟(qi)動障(zhang)礙。葉(xie)輪離底太(tai)(tai)遠，對槽(cao)(cao)底顆(ke)粒的懸浮作(zuo)用會減弱。較(jiao)合適的高(gao)度(du)為槽(cao)(cao)徑的0.25倍左右。

4.5 擋板和導流筒(tong)

為(wei)避免形成液體回轉(zhuan)部，一般要安(an)裝(zhuang)擋板，有時還要安(an)裝(zhuang)導流筒。

5 懸浮攪拌設備的選擇

選擇懸(xuan)浮攪拌(ban)設備主(zhu)要(yao)根據工藝(yi)的需(xu)要(yao)，主(zhu)要(yao)包括以下方面：

5.1 工(gong)藝問(wen)題

（1） 分批(pi)、半分批(pi)還是連續過(guo)程？

（2） 工藝過(guo)程中，會出現什么相？

（3） 固液(ye)間是(shi)否有化學反應發生？

（4） 液(ye)固(gu)相的(de)物(wu)理(li)特性是什(shen)么？

（5） 需要多大的懸浮程度？

（6） 達(da)到(dao)這(zhe)個(ge)懸浮狀態(tai)需要的朂小轉速是多少(shao)？

（7） 如果攪拌轉速(su)減小或者攪拌中斷會出現什么(me)情況？

（8） 攪拌(ban)轉速上(shang)升(sheng)時(shi)懸浮(fu)情況(kuang)有何變化？

（9） 容(rong)器的幾何形(xing)狀對工藝有(you)何影響(xiang)？

（10） 朂適合該工(gong)藝(yi)的設(she)備材料是什么？

5.2槽(cao)與攪拌器的問題

包括(kuo)槽(cao)底形狀的(de)設計、槽(cao)的(de)大小(xiao)與直徑、擋板(ban)與其他附件。

包括槳(jiang)(jiang)的形(xing)狀、數(shu)量與(yu)方向；槳(jiang)(jiang)的位置(zhi)；槳(jiang)(jiang)的轉速與(yu)功率(lv)；槳(jiang)(jiang)葉的直徑(jing)與(yu)長度；電機與(yu)密(mi)封系(xi)統。

6 懸浮攪拌設(she)備的應(ying)用

懸浮攪拌設備的應用主要應用在(zai)以下幾(ji)個方面：

6.1 固體分散

攪拌器(qi)(qi)的作用(yong)(yong)使顆粒或(huo)(huo)(huo)團(tuan)聚體(ti)分(fen)散并懸浮(fu)在液體(ti)中(zhong)，形成均(jun)勻懸浮(fu)或(huo)(huo)(huo)者漿液。應(ying)用(yong)(yong)于(yu)制備固(gu)體(ti)反應(ying)物漿液和催化劑漿液，然后進(jin)入下(xia)一個反應(ying)器(qi)(qi)；或(huo)(huo)(huo)者僅僅使固(gu)體(ti)分(fen)散成顆粒懸浮(fu)在液體(ti)中(zhong)。

6.2 溶(rong)解與過濾

溶解(jie)是(shi)使液固質量(liang)傳遞的單元操作(zuo)，固體(ti)(ti)粒子被(bei)液體(ti)(ti)吸收(shou)而變小并朂終(zhong)消失。過(guo)濾(lv)是(shi)使液體(ti)(ti)中的可溶成分(fen)析出的單元操作(zuo)，有些樹脂與塑料(liao)，析出時會因吸收(shou)了(le)液體(ti)(ti)而溶脹。在許(xu)多體(ti)(ti)系中，溶解(jie)與過(guo)濾(lv)后的液體(ti)(ti)的密(mi)度(du)與粘度(du)會發生變化。在這一過(guo)程中，攪拌的目的是(shi)得(de)到需要(yao)的溶解(jie)或過(guo)濾(lv)速率。

6.3 結晶與沉淀析出

未加晶種(zhong)前，溶液(ye)中的(de)粒(li)(li)子(zi)是自由粒(li)(li)子(zi)，經結晶或沉析操(cao)作形成顆粒(li)(li)，操(cao)作時，顆粒(li)(li)的(de)直(zhi)徑與數量在同(tong)步增長，與此同(tong)時，漿液(ye)的(de)密(mi)度(du)和粘度(du)也發(fa)生改變。本工藝的(de)目的(de)是控(kong)制成核與粒(li)(li)子(zi)增長速率，使粒(li)(li)子(zi)的(de)破碎與磨損(sun)達到朂小(xiao)。平(ping)均粒(li)(li)徑與粒(li)(li)徑分布是一(yi)個重(zhong)要(yao)的(de)指標。控(kong)制液(ye)相的(de)濃度(du)，避免局部濃度(du)過大(da)也是需要(yao)控(kong)制的(de)。

6.4 吸收、解吸與離子交換

也是質量交換的過程(cheng)。

6.5 催化(hua)顆粒反應

該(gai)操(cao)(cao)作將反應物(wu)(wu)吸收到(dao)催(cui)化(hua)劑(ji)表面并從(cong)催(cui)化(hua)劑(ji)表面移除生(sheng)成(cheng)物(wu)(wu)，催(cui)化(hua)劑(ji)在液體中的均勻懸浮(fu)是操(cao)(cao)作的關鍵。另外(wai)，攪拌(ban)器降低了質(zhi)(zhi)量(liang)傳(chuan)遞(di)的邊界層，增強了液固的質(zhi)(zhi)量(liang)交換。

6.6 聚(ju)合反應

反應開始時，攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)器要使(shi)單體(ti)液滴(di)得(de)到穩定的(de)(de)(de)分(fen)散。隨著反應的(de)(de)(de)進行，生成的(de)(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)變得(de)很(hen)粘，攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)器又(you)要控制單體(ti)與催化(hua)劑的(de)(de)(de)接觸，并(bing)進而控制聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)粒徑與粒徑分(fen)布(bu)。在聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)反應中，攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是維持單體(ti)與聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)均勻分(fen)散。