搅拌器中互不相容液体的混合原理
对于两种互不相容的溶液，通过搅拌器搅拌以后，必然至少会有一种溶液变得破碎，成为液滴状态，这种变得破碎的液体的状态，我们称之为分散相，而相反的，没有变得破碎的液体我们称之为连续相。密度大的称之为重相，密度小的称之为轻相，一般情况下，我们都是通过搅拌器将轻相溶液分散成液滴状态，分散到重相溶液中，这种比较常见。当然，通过不同的搅拌方式也可以使重相分散到轻相溶液里，甚至不存在连续相，实现两种溶液的均匀分散。为了实现这些效果，也为了达到更好的搅拌效果，我们必须使分散相的液体的破碎液滴的尺寸更小，这就需要更加快速的搅拌才能达到。
这是因为液滴本身也具有着一定的液面张力，液滴的尺寸越小，液面张力也就越大，想要使液滴的尺寸变得更小，就需要破坏这个液面张力，破坏这个液面张力的方式就是通过搅拌器的搅拌，提高搅拌器的搅拌速度，当液滴的液面张力，无法跟上这个速度的时候，液滴就会破碎成更小的液滴。
若将搅拌器中两种性质不同，但互相溶解的液体一起搅拌，将发生两种过程，首先是两种液体被破碎成块团（或称溶质团、浓度斑），并彼此掺合起来，这些块团是不规则的，块团的尺寸随搅拌器的搅拌而连续地减小。同时这两种流体间的扩散将通过块团的边界进行，边界处的组成先发生变化，逐渐扩展至块团内部，终达到两种液体的分子级的混合。若不是液体先被打碎成小块团、形成大量接触面的话，扩散过程进行很慢；然而若没有扩散过程，即使搅拌器长时间连续不断地搅拌也不能获得分子级均一的混合物。由此可见，“破碎”和“扩散”是整个均匀混合进程中两种不同性质的过程。前者是减小块团的尺寸，后者是消除混合物相邻区域之间浓度上的差异。所以这两者需要用不同的物理量来描述。如用Danckwertz定义的分离尺寸L(Scale ofSegregation)和分离强度I(Intensity of Segregation)来描述。
除了靠近液面中心区以外，在机械搅拌器各搅拌速度下，液体的流型是相似的，因此，可假设流速的增大与叶轮转速成正比。大周向速度等于2πNrc，因而罐内任何位置的u1值可方便地由公式求得。八平直叶涡轮在无挡板搅拌罐内的流速分布如图2-3所示，图下半部的(c)表示周向流，流线越密表示周向速度越大，(b)表示由叶片排出的径向流遇到罐壁后改成轴向流，再返回叶轮，从而形成上、下循环流动，图中(a)表示在不同液体高度上周向流流速的分布。
低黏度互溶液体的搅拌操作一般都是在湍流状态下进行的。因而这一过程就具有较强的主体扩散、湍流扩散和分子扩散，在宏观混合的过程同时伴有很强的微观混合过程。为达到搅拌液体的混合均匀状态，低黏度互溶液体的搅拌首先要求提供足够的循环量，避免在器内出现死区，使所有搅拌液体都能产生快速对流循环运动。其次，还要求化工搅拌器造成的液体湍流强度或剪切速度要大，尤其是当两种液体黏度相差比较大时，剪切的存在将有利于高黏度液体在器中的分散，有利于湍流扩散的强化。此外，当需要混匀的两种液体数量相差较大时，少量液体的加料位置是很重要的，理想的位置是叶轮区，或是在叶轮吸入口附近，以保证进料能很快通过叶轮，促使搅拌液体很快达到浓度均化。
以上信息由专业从事螺旋式搅拌器的中拓鼎承于2024/5/22 8:19:26发布
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