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搅拌设备的相似放大

相似放大基于这样一种认识,即如果能够在放大釜中实现小釜中的流体力学条件和传递行为,比如速度场、浓度场和温度场以及停留时间和停留时间分布等,小釜的过程就能在大釜中实现搅拌设备中的相似条件很多,如几何相似、运动相似、动力相似和热相似等。所谓几何相似是指放大过程保持所有主要尺寸的比例相同;运动相似是指所有的速度保持相同的比例;动力相似是指所有的力保持相同的比例;热相似是指所有位置的温差保持相同的比例。根据相似理论,要推广试验参数,就必须使两个系统具有相似性。通常,几何相似是搅拌设备放大技术中首先要满足的条件,并分析在几何相似条件下,各搅拌参数间的变化关系;然后,根据具体搅拌过程的特性,确定放大因子;zui后,再对过程效果及经济性进行综合评价,修正某些几何条件,完成搅拌设备的放大设计。

对搅拌设备中各种重要的力的研究表明,其中有四种力是较为关键的,即惯性力(或称搅拌动力)、黏性力、重力、表面张力。当所有四个力的比例在放大过程中保持相同时,动力相似便可以实现。

也就是说,要获得动力相似,需要考虑惯性力、黏性力、重力和表面张力的相似性。惯性力来自搅拌器,可以帮助混合,而其余三个力则阻碍混合。为此,习惯用惯性力与后三个

力的比值来度量搅拌但由于大釜和小釜中所用的流体总是相同的,因而这些关系式事实上是相互矛盾的,也说明要使一个过程中的所有条件都相似是不可能的。此时,就要根据具体的搅拌过程,以达到规定的生产效果为前提条件,寻找对该过程zui有影响的相似条件而舍弃次要因素,采用某些无因次数组的关联常常可以获得较好的效果。

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