1 簡介

    采用液液分散操作通常是爲了以下目的：（1）通過(guò)液液分散使相界面(miàn)增加；（2）使分散相液滴外部的擴散阻力減小；（3）産生湍流促進(jìn)濃度和溫度均一化；（4）使分散相液滴反複進(jìn)行破碎凝并從而促進(jìn)分散相液滴間的傳質。

在液液分散中，攪拌起(qǐ)著(zhe)關鍵的作用，它控制著(zhe)液滴的聚并、破裂以及懸浮。攪拌影響液體流動的強度與方向(xiàng)并進(jìn)而影響液滴的分布與均一性。

2 互溶液體的攪拌與混合

2.1 低粘液體的攪拌與混合

    互溶液體的攪拌是兩(liǎng)種(zhǒng)及兩(liǎng)種(zhǒng)以上互溶液體在攪拌作用下，任意一點的濃度、密度、溫度以及其他物理狀态達到均勻的過(guò)程，通常又稱爲混勻過(guò)程，它是攪拌過(guò)程中**基本的一種(zhǒng)過(guò)程。有時(shí)爲了強調其屬于均相攪拌的特點。也稱其爲調和或調勻。

    低粘度互溶液體攪拌過(guò)程的主要特征是不存在傳遞過(guò)程的相界面(miàn)。對(duì)于一個純物理混合過(guò)程，低粘度互溶液體的混合屬于**容易完成(chéng)的過(guò)程。但如果混合過(guò)程伴有化學(xué)反應時(shí)，則往往會(huì)使過(guò)程複雜化，主要表現在兩(liǎng)個方面(miàn):一是對(duì)混合時(shí)間有比較嚴格的要求，以避免發(fā)生一些不希望的副反應;二是大多有反應熱的導出或熱量的導入，從而增加了混合過(guò)程的控制難度。低粘度互溶液體的攪拌操作一般都(dōu)是在湍流狀态下進(jìn)行的。因而這(zhè)一過(guò)程就(jiù)具有較強的主體擴散、湍流擴散和分子擴散，在宏觀混合的過(guò)程同時(shí)伴有很強的微觀混合過(guò)程。

    爲達到攪拌液體的混合均勻狀态，低粘度互溶液體的攪拌首先要求提供足夠的循環量，避免在設備内出現死區，使所有攪拌液體都(dōu)能(néng)産生快速對(duì)流循環運動。其次，還(hái)要求攪拌器造成(chéng)的液體湍流強度或剪切速度要大，尤其是當兩(liǎng)種(zhǒng)液體粘度相差比較大時(shí)，剪切的存在將(jiāng)有利于高粘度液體在設備中的分散，有利于湍流擴散的強化。此外，當需要混勻的兩(liǎng)種(zhǒng)液體數量相差較大時(shí)，少量液體的加料位置是很重要的，理想的位置是葉輪區，或是在葉輪吸入口附近，以保證進(jìn)料能(néng)很快通過(guò)葉輪，促使攪拌液體很快達到濃度均化。

    評價攪拌器混合效果的主要性能(néng)指标有混合時(shí)間、能(néng)耗及剪切性能(néng)等。其中混合時(shí)間是判斷混合效果的**重要性能(néng)指标。

2.1 高粘液體的攪拌與混合

    工業生産中高粘度流體的應用日益增多，許多高分子聚合物都(dōu)是高粘度流體，它們很多又是非牛頓流體。在攪拌過(guò)程中粘度還(hái)會(huì)發(fā)生變化，因而對(duì)攪拌器的要求就(jiù)更高，要求攪拌器能(néng)夠适應粘度的變化完成(chéng)攪拌操作。高粘流體的攪拌常泛指互溶的高粘度液體間的混合。但高粘流體攪拌在工業中也有分散、固體溶解、化學(xué)反應等多種(zhǒng)非均相操作。

    攪拌操作時(shí)，用攪拌器對(duì)低粘度互溶液造成(chéng)湍流并不困難.但粘度達到較高水平後(hòu)，由于粘滞力的影響，就(jiù)隻能(néng)出現層流狀态。尤其困難的是，這(zhè)種(zhǒng)層流也隻能(néng)出現在攪拌器的附近，離槳葉稍遠些地方的高粘度液體仍是靜止的。這(zhè)樣(yàng)就(jiù)很難造成(chéng)液體在攪拌設備内的循環流動，即在設備内會(huì)有死區存在，對(duì)混合、分散、傳熱、反應等各種(zhǒng)攪拌過(guò)程十分不利。所以，高粘度液體攪拌的首要問題就(jiù)是要解決流體流動與循環的問題。在這(zhè)種(zhǒng)情況下，不能(néng)靠增大攪拌轉速來提高攪拌器的循環流量，因爲流體粘度較高時(shí)，攪拌器排出的流量很少，轉速過(guò)高還(hái)會(huì)在高粘度溶液中形成(chéng)溝流，而周圍液體仍爲死區。較爲有效的解決辦法是設法使攪拌器推動更大範圍的流體。因此，高粘度液體的攪拌器直徑與設備内徑之比、槳葉的寬度與設備内徑之比都(dōu)要求比較大，有時(shí)還(hái)要求增加攪拌器的層數，以增大攪拌範圍。

    從攪拌機理來看，在層流區混合高粘度液體時(shí)，液體單元經(jīng)受剪切細分作用被(bèi)拉長(cháng)、拉細或分割，随著(zhe)剪切時(shí)間的增加，逐漸達到混合。同時(shí)，由于攪拌設備内剪切場不是均勻的，例如錨式攪拌器在錨與釜壁間的間隙區是強剪切區，液體的混合速率較快，而釜中部區域則是低剪切區，混合速率較慢，因此，高剪切區與低剪切區間的液體交換速率或液體在釜内的循環能(néng)力也是影響混合的重要因素。此外，設備内流體的速度波動也能(néng)促進(jìn)混合。換言之，高粘度液體的混合速率主要取決于攪拌器與釜壁表面(miàn)間的相對(duì)運動速率及相互之間的距離，爲此也要求用于高粘流體的攪拌器，攪拌器直徑與設備内徑的比值都(dōu)相當大。實際生産過(guò)程中，常用的粘性流體攪拌器有錨式攪拌器、螺帶式攪拌器、框式攪拌器等。

    評價攪拌器混合效果的主要性能(néng)指标有混合時(shí)間、單位體積混合能(néng)等。其中混合時(shí)間是判斷混合效果的**重要性能(néng)指标。

3 不互溶液體的分散操作

    通過(guò)攪拌使互不相溶的兩(liǎng)種(zhǒng)液體進(jìn)行分散是一個重要的單元操作，常用于萃取、乳液聚合和懸浮聚合等。

    液液分散時(shí)，液相密度較大的稱爲重相，另一相則爲輕相。絕大多數場合是將(jiāng)輕相分散在重相中，例如油分散在水中，然而在一定條件下也能(néng)使重相分散在輕相中。

    在液液分散操作中，通常應把攪拌器置于連續相内，并應選擇适宜的攪拌器型式和尺寸。如果攪拌器的直徑太小，則大量的輕相液仍然停留在液面(miàn)的邊緣上；反之，輕相液將(jiāng)停留在攪拌軸的周圍難以分散。一般情況下，可加擋闆以增加效果。

    攪拌互不相溶的液液兩(liǎng)相時(shí)，在連續相内液滴不斷地破碎和凝并，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以後(hòu)，液滴的破碎速率和凝并速率相等，達到動态平衡，于是在設備内形成(chéng)穩定的分散體系。

    通常用完全分散和均勻分散兩(liǎng)個概念來描述液液兩(liǎng)相的分散程度。完全分散狀态隻能(néng)粗略地反映分散程度。當攪拌設備各部位的液滴濃度都(dōu)相等時(shí)，即認爲達到了均勻分散狀态。分散過(guò)程如下圖所示：

    通過(guò)攪拌使一個液相完全分散于另一個與它不相溶的液相中時(shí)所需的**低攪拌轉速稱臨界轉速。

4 不互溶液液攪拌設備

    流動區、液滴破裂-凝并、界面(miàn)積、液滴直徑、質量傳遞系數等都(dōu)是重要的設計參數。液滴的破裂和液滴尺寸由攪拌器的結構和輸入功率決定。斜槳圓盤渦輪由于具有高的泵送能(néng)力，通常用于液液分散體系，有利于克服可能(néng)存在的相密度差。平槳圓盤渦輪比較适合于産生穩定乳液和适當的氣體夾帶。

    對(duì)于容器較高的液液分散，可能(néng)還(hái)需要多層攪拌器，或者在加上部擋闆以及導流筒等。如下圖所示：