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1 簡介

    固液懸浮是在機械攪拌的情況下進行的，固液攪拌的基本目的是產生與維持懸浮液，以及增強氣固相間的質量傳遞。固液攪拌通常分為以下幾個部分：（1）：固體顆粒的懸浮；（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聚體分散或者控制顆粒大小；（5）液固之間的質量傳遞。

    典型的固液攪拌設備如下圖所示：

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和粒子懸浮，槽的幾何形狀和攪拌器的參數也有著同樣重要的影響。歸納起來，這些影響因素包括：

2.1 液體的物理性質

    包括密度、固液密度差和粘度等。

2.2 固體的物理性質

    包括密度、粒徑、幾何形狀與球形度、濕潤特性、捕捉外部氣體的能力、團聚性質以及硬度和摩擦特性等。

2.3 工藝操作條件

    包括槽內液體的深度、粒子濃度、粒子的體積分數以及有無氣泡的出現或消失等。

2.4 幾何參數

    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數等。

2.5 攪拌條件

    包括攪拌器的轉速、攪拌功率、槳端線速度、懸浮等級、液體流型和槽內湍流強度的分布等。

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1-2 s就認為達到了完全離底懸浮，能滿足此條件的更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、顆粒會吸附很多空氣（如面粉）、顆粒很難吸收液體而結團（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。上翻？

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，但臨界轉速仍由朂下層的葉輪所決定。

    某些高效軸向流葉輪非常適合固液懸浮操作，這些葉輪都有變葉寬和變傾角的特點。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，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朂小轉速是多少？

（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） 朂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朂終消失。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朂小。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，生成的聚合物變得很粘，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。