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1 簡(jiǎn)介

    固液懸浮是在機(jī)械攪拌的情況下進(jìn)行的，固液攪拌的基本目的是產(chǎn)生與維持懸浮液，以及增強(qiáng)氣固相間的質(zhì)量傳遞。固液攪拌通常分為以下幾個(gè)部分：（1）：固體顆粒的懸??；（2）：沉降顆粒的再懸浮；（3）：懸浮顆粒滲入液體；（4）利用顆粒之間以及顆粒與槳之間的作用力使顆粒團(tuán)聚體分散或者控制顆粒大??；（5）液固之間的質(zhì)量傳遞。

    典型的固液攪拌設(shè)備如下圖所示：

2 固液體系的主要影響因素

    固體顆粒和液體的特性都影響著流體流動(dòng)和粒子懸浮，槽的幾何形狀和攪拌器的參數(shù)也有著同樣重要的影響。歸納起來(lái)，這些影響因素包括：

2.1 液體的物理性質(zhì)

    包括密度、固液密度差和粘度等。

2.2 固體的物理性質(zhì)

    包括密度、粒徑、幾何形狀與球形度、濕潤(rùn)特性、捕捉外部氣體的能力、團(tuán)聚性質(zhì)以及硬度和摩擦特性等。

2.3 工藝操作條件

    包括槽內(nèi)液體的深度、粒子濃度、粒子的體積分?jǐn)?shù)以及有無(wú)氣泡的出現(xiàn)或消失等。

2.4 幾何參數(shù)

    包括槽徑、槽底的幾何形狀（平底、圓底、橢圓底、錐底）、攪拌器的形狀與幾何尺寸、攪拌器的安裝位置以及葉片的個(gè)數(shù)等。

2.5 攪拌條件

    包括攪拌器的轉(zhuǎn)速、攪拌功率、槳端線速度、懸浮等級(jí)、液體流型和槽內(nèi)湍流強(qiáng)度的分布等。

3 固液體系的懸浮狀態(tài)

    從固液攪拌的特性來(lái)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(lái)，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(guò)1-2 s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(lái)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)吸附很多空氣（如面粉）、顆粒很難吸收液體而結(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。上翻？

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。

    某些高效軸向流葉輪非常適合固液懸浮操作，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。

典型的固液攪拌葉輪

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(wèn)題

（1） 分批、半分批還是連續(xù)過(guò)程？

（2） 工藝過(guò)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(wèn)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?；驁F(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(guò)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(guò)濾是使液體中的可溶成分析出的單元操作，有些樹(shù)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(guò)濾后的液體的密度與粘度會(huì)發(fā)生變化。在這一過(guò)程中，攪拌的目的是得到需要的溶解或過(guò)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)?？刂埔合嗟臐舛?，避免局部濃度過(guò)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(guò)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(kāi)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，生成的聚合物變得很粘，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。