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懸浮攪拌設(shè)備及其選擇與應(yīng)用

       3 固液體系的懸浮狀態(tài)
       從固液攪拌的特性來分，固液攪拌設(shè)備的目的主要有兩個(gè)：（1）使固體粒子完全懸浮起來，簡(jiǎn)稱完全離底懸浮。（2）使固體粒子在全槽均勻懸浮，簡(jiǎn)稱均勻懸浮。這也是兩個(gè)不同的懸浮狀態(tài)。
       另外，將漂浮在液面上的固體顆粒懸浮在液體中也是懸浮狀態(tài)之一。
       3.1 完全離底懸浮
       完全離底懸浮的作用是降低固體周圍的擴(kuò)散阻力，以便于固體顆粒的溶解或結(jié)晶以及固液的質(zhì)量交換。有時(shí)僅僅是防止固體粒子在槽底堆積而堵塞出料口。固體粒子在槽底的停留時(shí)間不超過1-2s就認(rèn)為達(dá)到了完全離底懸浮，能滿足此條件的低轉(zhuǎn)速稱為完全離底懸浮的臨界轉(zhuǎn)速。
       3.2 均勻懸浮
       在制造涂料、油墨和化妝品時(shí)，需要使固體粒子在液體中完全均勻分散。根據(jù)槽內(nèi)不同位置的固體含量，用濃度方差來定義懸浮均勻度，均勻度越高表明懸浮越均勻。
       不同的懸浮狀態(tài)如下圖所示。
       3.3 漂浮物的懸浮
       典型的懸浮顆粒有以下幾種：顆粒密度較小、顆粒會(huì)吸附多空氣（如面粉）、顆粒難吸收液體而結(jié)團(tuán)（如有些聚合物）。
       促使懸浮物進(jìn)入液體的一個(gè)重要原因是流體漩渦的形成，因此，能夠使流體產(chǎn)生強(qiáng)烈漩渦的攪拌器才能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的懸浮能力，如能夠強(qiáng)制流體向下流動(dòng)的45°斜槳。

        4 懸浮攪拌設(shè)備
       懸浮攪拌設(shè)備一般包括攪拌器、槽和擋板等幾部分。
       影響固液懸浮的因素較多，主要有以下幾種：
       4.1 攪拌器
       對(duì)于完全離底懸浮，只需使用一層葉輪。而對(duì)于均勻懸浮，必須使用多層葉輪，但臨界轉(zhuǎn)速仍由下層的葉輪所決定。
       某些軸向流葉輪適合固液懸浮操作，這些葉輪都有變?nèi)~寬和變傾角的特點(diǎn)。典型的固液攪拌葉輪如下圖所示。
       4.2 槳徑與槽徑之比
       采用渦輪式或槳式葉輪時(shí)，若粘度變化不大，槳徑與槽徑之比一般取0.35到0.5之間。
       4.3 槽底形狀
       平底槽和錐形槽容易產(chǎn)生粒子堆積，碟形槽功耗較大，曲面底槽可避免上述困難。
       4.4 葉輪的離底高度
       葉輪離底太近，槽底的顆粒堆積會(huì)導(dǎo)致葉輪啟動(dòng)障礙。葉輪離底太遠(yuǎn)，對(duì)槽底顆粒的懸浮作用會(huì)減弱。較合適的高度為槽徑的0.25倍左右。
       4.5 擋板和導(dǎo)流筒
       為避免形成液體回轉(zhuǎn)部，一般要安裝擋板，有時(shí)還要安裝導(dǎo)流筒。
       5 懸浮攪拌設(shè)備的選擇
       選擇懸浮攪拌設(shè)備主要根據(jù)工藝的需要，主要包括以下方面：
       5.1 工藝問題
       （1） 分批、半分批還是連續(xù)過程？
       （2） 工藝過程中，會(huì)出現(xiàn)什么相？
       （3） 固液間是否有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生？
       （4） 液固相的物理特性是什么？
       （5） 需要多大的懸浮程度？
       （6） 達(dá)到這個(gè)懸浮狀態(tài)需要的小轉(zhuǎn)速是多少？
       （7） 如果攪拌轉(zhuǎn)速減小或者攪拌中斷會(huì)出現(xiàn)什么情況？
       （8） 攪拌轉(zhuǎn)速上升時(shí)懸浮情況有何變化？
       （9） 容器的幾何形狀對(duì)工藝有何影響？
       （10） 適合該工藝的設(shè)備材料是什么？
       5.2槽與攪拌器的問題
       包括槽底形狀的設(shè)計(jì)、槽的大小與直徑、擋板與其他附件。
       包括槳的形狀、數(shù)量與方向；槳的位置；槳的轉(zhuǎn)速與功率；槳葉的直徑與長(zhǎng)度；電機(jī)與密封系統(tǒng)。
       6 懸浮攪拌設(shè)備的應(yīng)用
       懸浮攪拌設(shè)備的應(yīng)用主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：
       6.1 固體分散
       攪拌器的作用使顆粒或團(tuán)聚體分散并懸浮在液體中，形成均勻懸浮或者漿液。應(yīng)用于制備固體反應(yīng)物漿液和催化劑漿液，然后進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)器；或者僅僅使固體分散成顆粒懸浮在液體中。
       6.2 溶解與過濾
       溶解是使液固質(zhì)量傳遞的單元操作，固體粒子被液體吸收而變小并終消失。過濾是使液體中的可溶成分析出的單元操作，有些樹脂與塑料，析出時(shí)會(huì)因吸收了液體而溶脹。在許多體系中，溶解與過濾后的液體的密度與粘度會(huì)發(fā)生變化。在這一過程中，攪拌的目的是得到需要的溶解或過濾速率。
       6.3 結(jié)晶與沉淀析出
       未加晶種前，溶液中的粒子是自由粒子，經(jīng)結(jié)晶或沉析操作形成顆粒，操作時(shí)，顆粒的直徑與數(shù)量在同步增長(zhǎng)，與此同時(shí)，漿液的密度和粘度也發(fā)生改變。本工藝的目的是控制成核與粒子增長(zhǎng)速率，使粒子的破碎與磨損達(dá)到小。平均粒徑與粒徑分布是一個(gè)重要的指標(biāo)。控制液相的濃度，避免局部濃度過大也是需要控制的。
       6.4 吸收、解吸與離子交換
       也是質(zhì)量交換的過程。
       6.5 催化顆粒反應(yīng)
       該操作將反應(yīng)物吸收到催化劑表面并從催化劑表面移除生成物，催化劑在液體中的均勻懸浮是操作的關(guān)鍵。另外，攪拌器降低了質(zhì)量傳遞的邊界層，增強(qiáng)了液固的質(zhì)量交換。
       6.6 聚合反應(yīng)
       反應(yīng)開始時(shí)，攪拌器要使單體液滴得到穩(wěn)定的分散。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成的聚合物變得粘，攪拌器又要控制單體與催化劑的接觸，并進(jìn)而控制聚合物的粒徑與粒徑分布。在聚合反應(yīng)中，攪拌的目的是維持單體與聚合物的均勻分散。