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黏彈性流體兼有黏性液體與彈性固體的特性,能在變形后呈現(xiàn)彈性恢復(fù),具有與非依時(shí)性和依時(shí)性這兩類非牛頓流體的黏性效應(yīng)。聚合物熔體和溶液是典型的黏彈性流體,在定態(tài)剪切下表現(xiàn)出前述純黏性非牛頓流體的特性,文山壯族苗族自治州攪拌器,而當(dāng)剪切發(fā)生變化(包括擴(kuò)大、收縮流和非定態(tài)流動)時(shí)則表現(xiàn)出彈性。黏彈性流體具有以下特異流動行為。
(1)爬桿效應(yīng)(Weissenberg效應(yīng)),用攪拌器攪拌黏彈性流體時(shí),轉(zhuǎn)軸處的液面沿軸上升,離軸較遠(yuǎn)處的液面下降。這一行為與牛頓流體正好相反。為此在設(shè)計(jì)流體黏彈性較強(qiáng)的攪拌器時(shí),應(yīng)選擇合適的攪拌器。否則,會因爬桿效應(yīng)使流體全部包裹在攪拌器上,與攪拌軸同步旋轉(zhuǎn),從而使混合和傳熱等過程均不能正常進(jìn)行。
(2)膨脹效應(yīng)(Barus效應(yīng)),黏彈性流體從圓管或小孔中流出時(shí)有射流膨脹現(xiàn)象,此時(shí)流出液的大直徑dmax可達(dá)圓管內(nèi)徑d的2~3倍。黏彈性流體的膨脹程度與所流經(jīng)的圓管長度有關(guān),圓管越長,膨脹程度越小;而當(dāng)圓管充分長時(shí),膨脹比B (B=dmax/d)會達(dá)到一定值。膨脹比在聚合物加工中是一重要現(xiàn)象,通過測量膨脹比可獲得法向應(yīng)力差的信息。
(3)記憶現(xiàn)象(又稱彈性滯后),施加壓力梯度使黏彈性流體在管內(nèi)流動;當(dāng)突然移去壓力梯度,黏彈性流體將反向移動一段距離后才停止。
(4)反向次流,在液體中插入一旋轉(zhuǎn)圓盤,形成的主流是切向流,同時(shí)在轉(zhuǎn)盤下方形成軸向次流。在牛頓流體中,次流的方向是軸中心處流體向上而四周流體向下;黏彈性流體則相反,軸心處流體向下而容器四周的流體向上運(yùn)動。反向次流對攪拌器的攪拌、傳質(zhì)等操作是一個(gè)重要的影響因素。
影響攪拌器輸入能量和流動場的主要因素
攪拌的過程其實(shí)就是通過攪拌器葉片的旋轉(zhuǎn)向內(nèi)容器內(nèi)的流體輸入機(jī)械能,使流體獲得合適的流動場,在流動場內(nèi)進(jìn)行動量、熱量、質(zhì)量的傳遞或者同時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程。因此,流動場和輸入能量總是設(shè)計(jì)與選用攪拌器時(shí)關(guān)心的問題,具體表現(xiàn)為:不同操作目的的攪拌過程就需要不同的流動場,在攪拌過程中需要提供給流體以多大的能量;而各種攪拌器在不同的操作條件下能產(chǎn)生什么樣的流動場,供給多大的能量等一系列問題。攪拌器的選型和設(shè)計(jì)其實(shí)就是針對這種需要和可能的匹配。
下面我們來看看影響流動場和輸入能量的主要因素.
影響流動場和輸入能量的主要因素有以下三種。
1.攪拌器的結(jié)構(gòu)型式,渦輪式攪拌器,主要與釜型、攪拌器和內(nèi)構(gòu)件的形狀及數(shù)量等有關(guān)。其中攪拌器和內(nèi)構(gòu)件的搭配方式產(chǎn)生的影響非常大。例如,對于低黏度流體,用一個(gè)八平葉槳式攪拌器進(jìn)行攪拌。在相同轉(zhuǎn)速下,有擋板時(shí)的輸入功率和排量分別是無擋板時(shí)的10倍和4倍。
此外,無檔板時(shí)流體的流動以水平環(huán)向流為主,而有擋板時(shí)則以軸向循環(huán)流為主。
2.攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌器的工作原理與泵的葉輪相同,所產(chǎn)生的壓頭與轉(zhuǎn)速N的平方成正比,提高攪拌器的轉(zhuǎn)速.即可提供較大的壓頭。
3.被攪物料的特性,主要包括密度、流變行為、表面張力、相分率以及分散相尺寸等。攪拌過程的特性特別強(qiáng)烈地取決于物料的流變特性,如黏度等。
攪拌器中的攪拌容器和擋板
攪拌器中攪拌容器和擋板的作用非常重要,直接影響到攪拌效果,下面我們來看看攪拌容器和擋板的具體介紹。
攪拌容器常被稱作攪拌釜(或攪拌槽)。當(dāng)攪拌器用作反應(yīng)器時(shí),又被稱為攪拌釜式反應(yīng)囂,有時(shí)簡稱反應(yīng)釜。
釜體的結(jié)構(gòu)型式通常為立式圓筒形,其高徑比值主要依據(jù)操作時(shí)容器裝液高徑比以及裝料系數(shù)大小而定。而容器裝液高徑比又視容器內(nèi)物料性質(zhì)、攪拌特征和攪拌器層數(shù)而異,一般取1~1.3,大時(shí)可達(dá)6。釜底形狀有平底、橢圓底、錐形底等,有時(shí)亦可用方形釜。同時(shí),根據(jù)工藝的傳熱要求,釜體外可加夾套,不銹鋼攪拌器,并通以蒸汽、冷卻水等載熱介質(zhì),當(dāng)傳熱面積不足時(shí),還可在釜體內(nèi)部設(shè)置盤管等。
為了消除攪拌容器內(nèi)液體的打旋現(xiàn)象,保證攪拌器的攪拌效果,使被攪物料能夠上下軸向流動,形成全釜的均勻混合,通常需要在攪拌容器內(nèi)加入若干塊擋板。擋板數(shù)一般在2到6塊之間,視其具體情況而定。加入擋板后,錨式攪拌器,攪拌器的攪拌功耗將明顯增加,且隨著擋板數(shù)的增加而增加;但在滿足全擋板條件后,再增加擋板數(shù),攪拌功耗將不再增加。
通常,擋板寬度約為容器內(nèi)直徑的十二分之一到十分之一,在固體懸浮操作時(shí),還可在釜底上安裝底擋板,以促進(jìn)固體的懸浮。攪拌容器中的傳熱盤管也可部分以至全部代替擋板;當(dāng)裝有垂直換熱管后,一般也可不再設(shè)置擋板。
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