即在瑞流区时，N,近似为常数，而与Re的大小无关，这一结论与式2-6是一致的。④在流区，当搅拌器的浆径相同且桨叶宽度b和浆叶数量z的乘积相等，则它们的搅拌功率就相等。如果装有多层浆叶，只要符合浆叶宽度b与浆叶数量z的乘积相等这一条件，则它们的搅拌功率也相等。③永田进治公式可近似用于桨式、多叶开启涡轮、圆盘涡轮等常用桨型无挡板瑞流区搅拌功率的计算。（2）全挡板条件下的搅拌功率将流区全挡板条件下的线沿水平线向左延长，与层流区向下延长的中线有一交点，此交点可看做是瑞流区和层流区的转变点，对应于此点的雷诺准数称为临界雷诺准数，以Re，表示。以Re.代替式2-7中的Re，便可求得全挡板条件下的搅拌功率。Re的数值与搅拌器的型式有关。对于不同尺寸的平直叶双浆搅拌器，Re值可由下式计算，即bD25/6Re.=1(2-11)T6IDD-0.00480.11((D)式中Re。—-临界雷诺准数,无因次。（3)高粘度流体的搅拌功率高粘度液体搅拌功率的计算可参考有关资料。2.非均相系搅拌功率的计算1)不互溶液一液相搅拌的搅拌功率在计算液一液相搅拌功率时，首先求出两相的平均密度，然后再按均相系搅拌功率的计算方法求解。液一液相物系的平均密度为Pm=xpa+(1-x)p(2-12)式中Pm——两相的平均密度，kg/m；Pa分散相的密度，kg/m：p。——连续相的密度，kg/m；x,——一分散相的体积分率，无因次。当两相液体的粘度都较小时，其平均粘度。可采用下式计算pm=p(-x)1.0(2-13)0.8式中Pm"-—两相的平均粘度，Pa*s;0.6ua——分散相的粘度,Pa's;20.4u.——连续相的粘度，Pa"s。0.22气一液相搅拌的揽拌功率当向液体通入气体并进行揽拌时，通气搅拌的功o24681012率N,要比均相系液体的搅拌功率N低。N,/N的数值N, ×102取决于通气系数的大小。通气系数N，依下式计算图2-3通气系数与功率比的关系N.=L1-八片乎直叶圆盘涡轮2一八片平直叶上(2- 14)-nul侧圆盘涡轮3一十八片平直叶.上侧圆盘涡轮4一六片平直叶圆盘满轮5-平直叶双浆式中Q——通气速率，ml/s;搅拌条件d=D/3H=D，C=D/3全挡板N-通气搅拌功率，W；.22
N一通气系数，无因次。-些搅拌器的通气搅拌功率N。与均相系搅拌功率N之比和通气系数N.的实验关系曲线如图2-3所示（为搅拌器距槽底的高度，m）。一般N越小，气泡在搅拌槽内越容易分散均勾，所以从图2-3上可看出当N/N在0.6以上时的N是比较合适的。当采用六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器进行气相分散搅拌时，搅拌功率的比值N，/N可由下式计算N.8/d n) 0.11 / dn1%%/alg= -192((2-15)ID技g3固一液相的搅拌功率当固体颗粒的体积分率不大，并且颗粒的直径也不很大时，可近似地看做是均勾的悬浮状态，这时可取平均密度e和粘度来代替原液相的密度和粘度，以P.作为搅拌介质的物性，然后按均一液相搅拌来求得搅拌功率。固一液相悬浮液的平均密度P.为Pm=xm,+p(1-xm)(2-16)式中0m——固-液相悬浮液的平均密度，kg/m；P.—固体颗粒的密度，kg/m；p——液相的密度，kg/m；—固体颗粒的体积分率，无因次。当悬浮液中固体颗粒与液体的体积比≤1时μm = μ(1 +2.5e)(2-17)当e>1时，则μm=μ(1+4.5e)(2-18)式中.———固—液相悬浮液的平均粘度,Pas;μ-—液相的粘度,Pa's;E一固体颗粒与液体的体积比，无因次。固一液相的搅拌功率与固体颗粒的大小有很大的关系，当固体颗粒直径在0.074mm（200月）以上时，采用上述方法所计算的搅拌功率比实际值偏小。二、搅拌器的放大（一）放大基本原则根据相似理论，要放大推广实验参数，就必须使两个系统具有相似性，如几何相似一一实验模型与生产设备的相应几何尺寸的比例都相等。运动相似一一几何相似系统中，对应位置上流体的运动速度之比相等动力相似一一两几何相似和运动相似的系统中，对应位置上所受力的比值相等。热相似一一两系统除符合上述三个相似的要求之外，对应位置上的温差之比也相等。由于相似条件很多，有些条件对同-个过程还可能有矛居的影响，因此，在放大过程中，要做到所有的条件都相似是不可能的。这就要根据具体的搅拌过程，以达到生产任务的要求为前提条件，寻求对该过程最有影响的相似条件，而舍弃次要因素，即要将复杂的范畴变成相当单纯的范畴。两系统几何相似是相似放大的基本要求。应予指出，动力相似的条件是两个系统中对应点上力的比值相等，即其无因次准数必相等。:23
若搅拌系统中不止一个相，则混合时还要克服界面之间的抗拒力，即界面张力。，于是还要考虑表示施加力与界面张力之比的准数一一韦伯准数对搅拌功率的影响，韦伯准数定pnd3义为：We=此时搅拌功率准数关系式应改写为0N, = f(Re, Fr, We)在两个几何相似的系统中搅拌同一种液体时，若实现这两个系统动力相似，必须同时满足下列关系（下标1、2分别代表两个相似系统）当Re=Re,时,nd,=nd当Fr,=Frz时nd=ndz当We=We,时nd=nd对于同一种流体而言，物性常数p、和。在两个系统中均为定值，因此上述三等式不可能同时满足。补的办法是尽最抑制或消除重力和界面张力因素的影响，从而减少相似条件。(二)放大方法搅拌器的放大，一般可分为两大类：一类是按功率数据放大，另一类是按工艺过程要求放大。1.按功率数放大若两个搅拌系统的构型相同，不管其尺寸大小如何，它们可以使用同-一功率曲线。如果两个搅拌系统的构型相同，搅拌槽具有全挡板条件，则搅拌时不会产生打旋现象，再若被搅拌的流体又为单一相的条件，两个系统的功率准数关系式可简化为N,= f(Re)这样通过测量小型设备的搅拌功率便可推算出生产设备的搅拌功率。2.按工艺过程结果放大在儿何相似系统中，要取得相同的工艺过程结果，有下列放大判据可供参考（对同一种液体β~μ和。不变，下标1代表实验设备，2代表生产设备）。①保持雷诺准数 Re=不变,要求 nid = n2d;Hnd不变，要求nidi=nid；②保持弗鲁德准数Fr=g?保持韦伯准数We=pn'd不变，要求id=nd；d④保持叶端线速度=nd不变，要求d=zdz;①保持单位流体体积的搅拌功率N/V不变.要求nid=nzd对于一个具体的搅拌过程，究竟选择哪个放大判据需要通过放大实验来确定。三、搅拌器中的传热（一)传热方式在揽拌槽中对被搅拌的液体进行加热或冷却是经常到的重要操作。尤其是伴有化学反应的搅拌过程，对被搅拌的液体进行加热或冷却可以维持最佳工艺条件，促进化学反应，取得良好反应效果。对于有的反应，如果不能及时移出热量，则容易产生局部爆炸或反应物分解等。因此，被搅拌液体进行化学反应时搅拌更为重要24
被搅拌液体的加热或冷却方式有多种，可在容器外部或内部设置供加热或冷却用的换热装置。例如，在搅拌槽外部设置夹套，在搅拌槽内部设置蛇管换热器等。一般用得最普遍的是采用夹套传热的方式。1.夹套传热夹套一般由普通碳钢制成（图2-4)，它是-一个套在反应器简体外面能形成密封空间的容器，既简单又方便。夹套上设有水蒸气，冷却水或其他加热、冷却介质的进出口。目前，空心夹套已很少用，为了强化传热，常采用螺旋导流板夹套，半管螺旋夹套等形式。如果加热介质是水蒸气，为了提高传热效率，在夹套上端开有不凝性气体排除！1。一商体蛇管火会筒体图2-4夹套传热图2-5蛇管传热夹套同器身的间距视容器公称直径的大小采用不同的数值，一般取25~100mm夹套的高度取决于传热面积，而传热面积是由工艺要求次定的。但须注意的是，夹套高度一般不应低于料液的高度，应比器内液面高度高出50~100mm左，以保证充分传热。通常夹套内的压力不超过1.0×10kPa。夹套传热的优点是结构简单、耐腐蚀、适应性广2.蛇管传热当需要的传热面积较大，而夹套传热在允许的反应时问内尚不能满足要求时，或者是壳体内衬有橡胶、耐火砖等隔热材料而不能采用夹套传热时，可采用蛇管传热（见图2-5）。蛇管沉浸在物料中，热量损失小，传热效果好。排列密集的蛇管能起到导流简和挡板的作用。蛇管中对流传热系数较直管大，但蛇管过长时，管内流体阻力较大，能量消耗多，因此，蛇管不宜过长。通常采用管径25~70mm的管子：用蒸汽加热时，管长利管径之比值可参考表2-3表2-3管长和管径之比值蒸汽压力（表压），kP0.45 × 1021.25 × 10°2×10P3×105 ×102管长和管径最大比值限100150200225275用蛇管可以使传热面积增加很多，有时可以完全取消夹套。蛇管的传热系数比夹套的大，而H可以采用较高压力的传热介质。此外，还有诸如回流冷凝法、料浆循环法等其他传热方式。（二）热载体侧对流传热系数搅拌过程中流体的传热主要是传导和强制对流。传热速率取决于被搅拌流体和加热或冷却介质的物理性质、容器的几何形状，容器壁的材料和厚度以及搅拌的程度。25
1.蛇管中流体对管壁的对流传热系数当Re>10000时，直管中的流体对管壁的对流传热系数用下式计算：Nu=0.027Reo*p0vo.14(2-19)ade，表示对流传热系数的准数，无因次；式中Nu=A实，表示物性对传热系数影响的准数，无因次；Pr =AV。=长，流体在主体温度下的粘度与在壁温下的粘度之比，无因次；jwa—直管中的流体对管壁的对流传热系数，W/（m2.℃）；D.一当量直径，m；入——导热系数，W/m?℃）；c,—液体的比热容，J/(kg：)：μ—流体在主体温度下的粘度,Pa's;H流体在壁温度下的粘度，Pa's流体在蛇管中流动时，由于流体对管壁的冲刷作用，所以，蛇管中的对流传热系数等于由式2-19得的结果乘上一个大于1的校正因子，即Nu = 0.027 Reo8 P-0.33 Vo 141+3.5(2-20)式中D.一蛇管轮的平均轮径，m。当Re<2100时，即流体在层流区域时，蛇管中流体对管壁的对流传热系数用下式计算Nu =1.86[ ReP-( D:)Vo.14L(2-21)式中L——蛇管长度，m。当2100<Re<10000时，即流体在过渡流域时，可用式2-19计算出Nu，再乘上一个系数中，中值由表2-4决定。表2-4校正系数Re2 3003.0004 0005 00060007 000800040.450.660.820.880.930.960.99式2-19至式2-21适用于圆管，对于非圆管，采用当量直径。2.夹套中热载体对揽拌槽壁的对流传热系数不同方式的夹套的传热计算基本相同，按Re的不同分别用式2-20至式2-21和表2-4计算，与计算管中流体传热不同的是其当量直径D，、计算流速u时的流通面积A和传热面积F取值另有规定，见表2-5。（三）被搅拌液体侧的对流传热系数1.传热系数关联式搅拌液体侧的对流传热系数大致可分成二大类：一类是蛇管外壁的传热系数；另一类为有夹套的容器内壁传热系数α。通过大量实验工作，得到了-些搅拌液体侧的对流传热系26