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    虽然混合与搅拌是一种很常规的单元操作,但由于其流动过程的复杂性,理论方面的研究还很不够,对搅拌装置的设计和操作至今仍具有很大的经验性。冶金中应用的搅拌方式有气体搅拌、机械搅拌和电磁搅拌3种。

    气体搅拌广泛应用于火法冶金过程,尤其是金属液的二次精炼。它zui初是为了使金属液成分和温度迅速均匀化,然后人们又研究了在气体喷射下冶金过程的各种现象和规律,提出了“气泡冶金"、“气动冶金"、“喷射冶金"等概念和理论,发展了多种多样的炉外精炼技术和装置。传统的冶金熔炼炉逐步改变了功能,成了“熔化的机械"或“粗炼的工具",而金属液的精炼则放到各种精炼炉中去完成。

    机械搅拌在火法冶金中由于受到搅拌桨叶片寿命等因素的制约,应用很少,但是在科学研究和湿法冶金中应用广泛。

    电磁搅拌zui初用于大容量电炉熔池的搅拌、大钢锭的浇铸过程以及自然伴有电磁搅拌的感应电炉中。连续铸钢和炉外精炼技术的发展大大推动了电磁搅拌技术的发展和应用。

    4.1-2混合机理。两种物料加入搅拌槽后,其混合机理为主体对流扩散、涡流扩散和分子扩散。

    (l)主体对流扩散。搅拌器高速旋转,使不同的液体物料被破碎成“团块",并使搅拌器周围的液体产生高速液流,高速液体又推动周围的液体,逐步使搅拌罐内的全部液体流动起来。这种大范围内的主体循环流动,使搅拌罐内整个空间产生全范围的扩散,形成主体对流扩散。

    (2)涡流扩散。叶轮推动高速流体流动时,在与周围静止液体的界面处,存在较大的速度梯度,液体受到强烈的剪切,形成大量的旋涡,旋涡又迅速向周围扩散,造成局部范围内的物料对流运动,从而形成液体的涡流扩散。

    (3)分子扩散。由分子运动形成的物质传递,它是分子尺度上的扩散。

    通常把主体对流扩散和涡流扩散称为宏观混合,分子扩散称为微观混合。在实际混合过程中,主体对流扩散只能把不同物料破碎分裂成碎块,形成较大团块混合。而通过这些团块界面之间的涡流扩散,把不均匀的程度迅速降低到旋涡本身的大小,但这种zui小的旋涡液比分子大得多。因此,宏观混合不能达到分子水平上的*混合,*均匀混合只有通过分子扩散才能达到。但是宏观混合大大增加了分子扩散表面积,减少了扩散距离,因此提高了微观混合(分子扩散)的速度。

    宏观混合与微观混合总是同时存在,但其相对的作用取决于设备条件、操作条件和料液的物理化学性质。在低黏度的湍流区( Re> 104)搅拌中,宏观混合是主要的;在高黏度的层流区(Re<10)搅拌中,微观混合是主要的;在过渡区,两者均重要。

    对于互不相溶的物料或液固系统间的混合,不存在分子扩散过程,只能达到宏观混合均匀,不可能实现微观混合的均匀化。

    混合操作实际上可理解为物料的分散过程。搅拌的目的是均匀混合,但不同的场合,对混合物的均匀程度即混合效果要求不同,因而对搅拌器的要求也不同。因此,必须明确混合效果的含义及其度量。

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