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懸浮攪拌設備及其選擇與應用

       3 固液體系的懸浮狀態
       從固液攪拌的特性來分，固液攪拌設備的目的主要有兩個：（1）使固體粒子完全懸浮起來，簡稱完全離底懸浮。（2）使固體粒子在全槽均勻懸浮，簡稱均勻懸浮。這也是兩個不同的懸浮狀態。
       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散阻力，以便于固體顆粒的溶解或結晶以及固液的質量交換。有時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間不超過1-2s就認為達到了完全離底懸浮，能滿足此條件的低轉速稱為完全離底懸浮的臨界轉速。
       3.2 均勻懸浮
       在制造涂料、油墨和化妝品時，需要使固體粒子在液體中完全均勻分散。根據槽內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、顆粒會吸附多空氣（如面粉）、顆粒難吸收液體而結團（如有些聚合物）。
       促使懸浮物進入液體的一個重要原因是流體漩渦的形成，因此，能夠使流體產生強烈漩渦的攪拌器才能夠產生較強的懸浮能力，如能夠強制流體向下流動的45°斜槳。

        4 懸浮攪拌設備
       懸浮攪拌設備一般包括攪拌器、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
       對于完全離底懸浮，只需使用一層葉輪。而對于均勻懸浮，必須使用多層葉輪，但臨界轉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，這些葉輪都有變葉寬和變傾角的特點。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，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，槽底的顆粒堆積會導致葉輪啟動障礙。葉輪離底太遠，對槽底顆粒的懸浮作用會減弱。較合適的高度為槽徑的0.25倍左右。
       4.5 擋板和導流筒
       為避免形成液體回轉部，一般要安裝擋板，有時還要安裝導流筒。
       5 懸浮攪拌設備的選擇
       選擇懸浮攪拌設備主要根據工藝的需要，主要包括以下方面：
       5.1 工藝問題
       （1） 分批、半分批還是連續過程？
       （2） 工藝過程中，會出現什么相？
       （3） 固液間是否有化學反應發生？
       （4） 液固相的物理特性是什么？
       （5） 需要多大的懸浮程度？
       （6） 達到這個懸浮狀態需要的小轉速是多少？
       （7） 如果攪拌轉速減小或者攪拌中斷會出現什么情況？
       （8） 攪拌轉速上升時懸浮情況有何變化？
       （9） 容器的幾何形狀對工藝有何影響？
       （10） 適合該工藝的設備材料是什么？
       5.2槽與攪拌器的問題
       包括槽底形狀的設計、槽的大小與直徑、擋板與其他附件。
       包括槳的形狀、數量與方向；槳的位置；槳的轉速與功率；槳葉的直徑與長度；電機與密封系統。
       6 懸浮攪拌設備的應用
       懸浮攪拌設備的應用主要應用在以下幾個方面：
       6.1 固體分散
       攪拌器的作用使顆粒或團聚體分散并懸浮在液體中，形成均勻懸浮或者漿液。應用于制備固體反應物漿液和催化劑漿液，然后進入下一個反應器；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，析出時會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發生變化。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 結晶與沉淀析出
       未加晶種前，溶液中的粒子是自由粒子，經結晶或沉析操作形成顆粒，操作時，顆粒的直徑與數量在同步增長，與此同時，漿液的密度和粘度也發生改變。本工藝的目的是控制成核與粒子增長速率，使粒子的破碎與磨損達到小。平均粒徑與粒徑分布是一個重要的指標。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
       也是質量交換的過程。
       6.5 催化顆粒反應
       該操作將反應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鍵。另外，攪拌器降低了質量傳遞的邊界層，增強了液固的質量交換。
       6.6 聚合反應
       反應開始時，攪拌器要使單體液滴得到穩定的分散。隨著反應的進行，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，并進而控制聚合物的粒徑與粒徑分布。在聚合反應中，攪拌的目的是維持單體與聚合物的均勻分散。