反应釜用搅拌器—概述
反应釜搅拌器主要应用均相液体的混合，液液分散，气液相分散，固液分散，固液溶解，强化传热。于化工、聚合物、生物、制药等领域，主要选型需考虑密封、罐体尺寸、介质粘度、搅拌混合效果、防爆、安装位置等多个方面。
反应釜带搅拌器的结晶过程是很困难的，特别是要求严格控制结晶大小的时候。一般是小直径的快速搅拌，如涡轮式，适用于微粒结晶，而大直径的慢速搅拌，如浆式，可用于大晶体的结晶。
于液体的粘度对搅拌状态有很大的影响，所以根据反应釜内搅拌介质粘度大小来选型是一种基本的方法。低粘度均相液体混合，是难度较小的一种搅拌过程，只有当容积很大且要求混合时间很短时才比较困难。
对分散操作过程，涡轮式因具有高剪切力和较大循环能力，所以较为合用，特别是平直叶涡轮的剪力作用比折叶和弯叶的剪力作用大，就更为合适。推进式、浆式由于其剪切力比平直叶涡轮式的小，所以只能在液体分散量较小的情况下可用，而其中浆式很少用于分散操作。分散操作都有挡板来加强剪切效果。
反应釜用搅拌器—常见介质
| 搅拌操作目的 | 流 动 状 态 | 物 性 | ||||||||||||
| 连 续 相 | 相对速度 | 粘度 | 粘度差 | 密度 | 密度差 | 扩散系数 | 表面张力 | 导热系数 | 比热容 | 粒径浓度分布 | ||||
| 循环速率 | 湍流扩散 | 剪切流 | ||||||||||||
| 均相混合 | 低粘度液 高粘度液 | ¤ ¤ | ¤ | ¤ | ○ | ¤ | ○ ¤ | |||||||
| 分散 | 液-液相系 气-液相系 固-液相系 | ¤ ¤ ¤ | ¤ ¤ ¤ | ¤ ¤ ¤ | ¤ ○ | ○ | ○ ○ | ¤ ○ | ○ ○ | |||||
| 固液悬浮（固-液相系） 溶解（固-液相系） 结晶（固-液相系） 浸取（固-液相系） 萃取（液-液相系） 乳化（液-液相系） 吸收（气-液相系） 传热（气-固-液相系） | ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ○ ¤ ¤ | ¤ ¤ ○ ○ | ○ ¤ ¤ ¤ ¤ ○ | ¤ ¤ ○ ○ | ○ ¤ | ¤ | ○ ○ ○ ○ | ¤ ¤ ○ | ○ ○ ○ | ¤ ○ | ¤ | ○ | ¤ ¤ | |
反应釜用搅拌器—选型参数表
| 搅拌器类型 | 流动状态 | 搅拌目的 | *高粘度 Pa.s | |||||||||||
| 对流循环 | 湍流循环 | 剪切流 | 流型 | 低粘混合 | 高粘混合 | 分散 | 溶解 | 悬浮 | 气体吸收 | 结晶 | 传热 | 液相反应 | ||
| 直叶涡轮 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||
| 折叶涡轮 | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||
| 推进式 | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 2 | |||
| 桨式 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍/过渡流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||
| 旋桨式 | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 10 | ||||
| 盘式涡轮 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 10 | |||||
| 布鲁马金 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||||
| 三叶后掠 | ¤ | ¤ | ¤ | 湍流 | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | ¤ | 50 | ||||
| 锚框式 | ¤ | 层/过渡流 | ¤ | ¤ | ¤ | 100 | ||||||||
| 螺带/杆式 | ¤ | 层/过渡流 | ¤ | ¤ | 150 | |||||||||
反应釜用搅拌器—各因素关系
| 操作目的 | 推荐搅拌器 | 评估搅拌效果的特性参数 | 过度搅拌对过程影响 | 搅拌器的循环流量或剪切力的重要性 |
| 均相低粘度液混合 （易溶液体调和） | 推进式、轴流旋桨及涡轮式等 | 混合时间，混合指数，翻转次数，均匀度 | 无影响，但返混增大 | 提高循环流量能增大搅拌效果，剪切力影响小 |
| 均相高粘度液混合 | 锚框式、螺带、螺杆、大叶片式等 | 混合时间，剪切速率，翻转次数，均匀度 | 依据多数非牛顿流体特性来判断 | 循环流量及剪切速率均能增大搅拌效果 |
| 液-液分散 （不互溶液体混合） | 轴流式涡轮、圆盘式涡轮、直叶涡轮等 | 均匀分散时间，液滴比表面积、平均滴径或滴径分布，分散均匀度 | 两相再分开困难，返混增大 | 剪切力用作分裂液滴，循环流动使液滴通过叶轮强剪切区次数增多 |
| 气-液分散 气-液吸收 | 盘式涡轮、大叶片式轴流涡轮等 | 分散时间,气泡比表面积、平均滴径或滴径分布，溶气率，临界分散转速 | 生成难于破碎的泡沫及较稳定的小气泡，返混增大 | 剪切力用作分裂气泡，循环流动使气泡通过叶轮强剪切区次数增多 |
| 固-液分散 | 均化器、锯齿圆盘、胶体磨等 | 固体破碎程度，粒子分布均匀度、润湿程度 | 易产生乳化 | 剪切力用作打散粒子，循环流动使粒子通过叶轮强剪切区次数增多 |
| 固-液悬浮 | 推进式、轴流旋桨、轴流涡轮等 | 悬浮状态，临界悬浮转速，固液浓度，比表面积 | 脆性粒子破碎 | 提高循环流量提高搅拌效果，剪切力无影响 |
| 固-液溶解 | 推进式、轴流旋桨、轴流涡轮等 | 溶解速度，以固粒表面积为基准的液膜传质系数及总容积传质系数 | 无影响，离底悬浮即可 | 提高循环流量提高搅拌效果，剪切力影响有一定影响 |
| 固-液结晶 | 桨式、开启涡轮、推进式加导流筒等 | 结晶速率，晶粒大小和均匀度 | 晶粒被破碎，生成大量晶核 | 提高循环流量提高搅拌效果，剪切力决定晶粒粒径的大小。 |
| 固-液浸取 | 桨式、轴流旋桨等 | 悬浮状态，固液浓度，比表面积，溶解速度 | 无影响 | 提高循环流量提高搅拌效果，剪切力无影响 |
| 液-液萃取 | 轴流旋桨、直叶涡轮、盘式涡轮等 | 萃取速率，萃取效率，液滴比表面积，液膜传质系数和总容积传质系数 | 两相再分开困难，返混增大 | 剪切力用作分裂液滴，循环流动使液滴通过叶轮强剪切区次数增多 |
| 液-液乳化 | 直叶涡轮、均化器、胶体磨、锯齿圆盘等 | 乳化速率，液滴大小及均匀度 | 液滴过小 | 剪切力用作分裂液滴，循环流动使液滴通过叶轮强剪切区次数增多 |
| 传热（气、固、液） | 推进式、轴流涡轮、布鲁马金、三叶后掠式等 | 传热速率，液膜传热系数，总传热系数 | 无影响， | 提高循环流量提高搅拌效果，剪切力影响小 |
| 反应（气、固、液） | 按特定的反应条件要求配给 | 反应时间，传热、传质要求，翻转次数。对高分子聚合，转化率、相对分子量及分布为主要指标 | 据不同反应各有要求 | 循环流量及剪切力对反应均有影响。 |
反应釜用搅拌器—常用桨端线速度及体积比功率值（按水溶液或类似溶液）
| 搅拌方式 | 缓慢搅拌 | 普通搅拌 | 强力搅拌 | 特强搅拌 | 高速分散和乳化 |
| 桨端线速度m/s | 2.0~3.3 | 3.3~4.2 | 4.2~6.0 | 6.0以上 | 15~30（预分散用小值） |
| 单位体积搅拌功率 kw/m3 | 0.15以下 | 0.15~1.0 | 1.0~3.0 | 3.0以上 | 5~30 |
反应釜用搅拌器—各种工艺过程常见液体单位体积功率选用推荐值
| 搅拌工艺过程 | 液体单位体积功率kw/m3 | 搅拌工艺过程 | 液体单位体积功率kw/m3 |
| 易溶液体混合（调和） | 0.05~0.2（按混合时间） | 胶浆絮凝 | 0.3~0.8（按胶浆粘度） |
| 不互溶液体混合（分散） | 0.5~1.2（按密度、张力差） | 大型储罐侧搅拌 | 0.005~0.015（按罐体大小） |
| 固液悬浮（小密度差） | 0.2~0.4（按粒径大小） | 传热 | 0.4~1.1（按搅拌器型式） |
| 气液分散和吸收（空气） | 0.5~3.0（按通气量大小） | 间歇发酵、聚合反应釜 | 0.5~3 （按反应要求） |
| 固体有机物溶解 | 0.3~0.5（按密度差） | 本体聚合反应釜(层流) | 5~30 (按粘度大小) |
| 固体无机物溶解 | 0.5~1.1（按密度差） | 高速液液乳化 | 5~30（按乳化液安定程度） |
| 机械爆气 | 0.010~0.03（按爆气强度） | 注：除注明外，本表推荐值均指液体为湍流操作 | |
反应釜用搅拌器—搅拌等级
| 搅拌等级 | 液液混合 | 固液悬浮 | 气液分散 |
| 1~2级 | 适用于低流动速度的工艺过程 ①比重差小于0.1互溶液混均。 ②粘度比大于1/100互溶液混均。 ③不同物料长时间混合均匀。 ④混合液体表面产生平稳流动。 | 适用于*低固液悬浮的工艺过程 ①颗粒在容器底部缓慢移动。 ②容器底部颗粒可有周期性悬浮沉降。 | 适用于气液分散不是关键因素的工艺过程 ①搅拌器超过临界转速，较低水平的气液分散。 ②不受气液传质限制的过程。 |
| 3~5级 | 适用于普通混合搅拌工艺过程 ①比重差小于0.5互溶液混均。 ②粘度比大于1/1000互溶液混均。 ③低粘度液体表面产生小波动。 | 适用于溶解搅拌工艺过程。离底固液悬浮 ①颗粒离开容器底部悬浮。 ②颗粒在1/3液体高度均匀。 ③悬浮液可从底部出口排出。 | 适用于普通气液分散的工艺过程 ①可使小气泡达到容器壁。 ②可使部分气泡再循环到搅拌器产生再循环。 |
| 6~8级 | 适用于大多数混合搅拌工艺过程 ①比重差小于1.0互溶液混均。 ②高粘度差互溶液混均。 ③低粘度液体表面产生大波动。 | 适用于大多数固液悬浮搅拌工艺过程。固液悬浮均匀 ①颗粒在95%液体高度均匀。 ②悬浮液可从80%液体高度处排出。 | 适用于常见气液分散的工艺过程 ①可使气泡表面积达到一定的传质要求。 ②可使多数气泡产生再循环。 |
| 9~10级 | 适用于强烈混合搅拌工艺过程 ①比重差较大互溶液混均。 ②高粘度差互溶液混均。 ③低粘度液体表面产生激烈波动。 | 适用于完全均匀固液悬浮搅拌工艺过程。 ①颗粒在98%液体高度均匀。 ②悬浮液可溢流排出。 | 适用于常见气液分散的工艺过程 ①可使气泡表面积达到*大程度。 ②可使全部气泡产生再循环。 |
