靜態(tài)混合器混合機(jī)理研究.pdf

1、混合操作是極其普遍而又重要的過(guò)程，如氣-液接觸、萃取、反應(yīng)、傳熱等都與混合有關(guān)。靜態(tài)混合器是一種新型開(kāi)發(fā)的單元設(shè)備，國(guó)內(nèi)在這方面起步比較晚，通常在制造方面多是仿造其它國(guó)家的設(shè)備，并沒(méi)有對(duì)靜態(tài)混合器本身的混合機(jī)理作過(guò)深入的研究。本文旨在對(duì)靜態(tài)混合器的混合機(jī)理作深入研究，這一研究的最終目的旨在提高靜態(tài)混合器的混合效率，并為設(shè)計(jì)制造提供一定的理論基礎(chǔ)。 本文對(duì)靜態(tài)混合器內(nèi)的流場(chǎng)的混合機(jī)理進(jìn)行了研究。研究表明，流體在靜態(tài)混合器內(nèi)有兩種流

2、動(dòng)形態(tài)，層流和湍流。層流時(shí)，是“分割、位置移動(dòng)、重新匯合”的三要素對(duì)流體進(jìn)行有規(guī)則和反復(fù)的作用，以達(dá)到混合。湍流時(shí)，除以上三要素外，流體在流動(dòng)斷面方向產(chǎn)生旋渦，使細(xì)微流體分割，然后再混合。通過(guò)計(jì)算管內(nèi)流場(chǎng)的渦量方程，繪制渦量隨時(shí)間的變化曲線，定性得出：渦量隨著時(shí)間和位置的移動(dòng)不斷衰減。 靜態(tài)混合器內(nèi)流場(chǎng)分布屬于不可壓粘性流動(dòng)分布。通過(guò)理論計(jì)算表明，其速度分布滿足納維-斯托克斯方程，并在低雷諾數(shù)的情況下，方程為線性方程并有其精確的

3、解析解。 對(duì)流體在靜態(tài)混合器流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和力進(jìn)行了研究。研究表明，流動(dòng)物料經(jīng)過(guò)靜態(tài)混合器時(shí)，有四個(gè)基本的運(yùn)動(dòng)：料流的分割；料流改變方向；料流的內(nèi)外側(cè)置；向后再混合。有三種力影響著液滴的形成，即剪切應(yīng)力，液體的表面張力，分散相中的粘性應(yīng)力。在湍流狀態(tài)下，剪切應(yīng)力和液體的表面張力是決定液滴大小的主要因素，粘性應(yīng)力常常可以忽略。 對(duì)靜態(tài)混合器水力參數(shù)和壓力降進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算表明，靜態(tài)混合器的壓力降是空管的數(shù)十倍，同時(shí)阻力大小隨流

4、動(dòng)速度和粘度而變化；組件螺旋角，組件前后邊緣的光滑程度，組件的形狀偏差和相鄰組件的連接狀況等對(duì)流動(dòng)阻力也有影響；摩擦系數(shù)與組件數(shù)的多少無(wú)關(guān)。 對(duì)流體的傳熱機(jī)理進(jìn)行了研究。研究表明，無(wú)論混合管內(nèi)的流體處于何種流動(dòng)狀態(tài)，傳熱邊界層均為層流邊界層。通過(guò)總結(jié)管內(nèi)層流邊界層的能量方程并求解該能量方程得出傳熱準(zhǔn)數(shù)與邊界層長(zhǎng)的理論計(jì)算式。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)曲線發(fā)現(xiàn)，混合單元數(shù)對(duì)靜態(tài)混合器的混合效果挺重要。當(dāng)混合組件數(shù)超過(guò)四以后，靜態(tài)混合器出口