1 简介

    固液悬浮是在机械搅拌的情况下进行的，固液搅拌的基本目的是产生与维持悬浮液，以及增强气固相间的质量传递。固液搅拌通常分为以下几个部分：（1）：固体颗粒的悬浮；（2）：沉降颗粒的再悬浮；（3）：悬浮颗粒渗入液体；（4）利用颗粒之间以及颗粒与桨之间的作用力使颗粒团聚体分散或者控制颗粒大小；（5）液固之间的质量传递。

    典型的固液搅拌设备如下图所示：

2 固液体系的主要影响因素

    固体颗粒和液体的特性都影响着流体流动和粒子悬浮，槽的几何形状和搅拌器的参数也有着同样重要的影响。归纳起来，这些影响因素包括：

2.1 液体的物理性质

    包括密度、固液密度差和粘度等。

2.2 固体的物理性质

    包括密度、粒径、几何形状与球形度、湿润特性、捕捉外部气体的能力、团聚性质以及硬度和摩擦特性等。

2.3 工艺操作条件

    包括槽内液体的深度、粒子浓度、粒子的体积分数以及有无气泡的出现或消失等。

2.4 几何参数

    包括槽径、槽底的几何形状（平底、圆底、椭圆底、锥底）、搅拌器的形状与几何尺寸、搅拌器的安装位置以及叶片的个数等。

2.5 搅拌条件

    包括搅拌器的转速、搅拌功率、桨端线速度、悬浮等级、液体流型和槽内湍流强度的分布等。

3 固液体系的悬浮状态

    从固液搅拌的特性来分，固液搅拌设备的目的主要有两个：（1）使固体粒子完全悬浮起来，简称完全离底悬浮。（2）使固体粒子在全槽均匀悬浮，简称均匀悬浮。这也是两个不同的悬浮状态。

    另外，将漂浮在液面上的固体颗粒悬浮在液体中也是悬浮状态之一。

3.1 完全离底悬浮

    完全离底悬浮的作用是降低固体周围的扩散阻力，以便于固体颗粒的溶解或结晶以及固液的质量交换。有时仅仅是防止固体粒子在槽底堆积而堵塞出料口。固体粒子在槽底的停留时间不超过1-2 s就认为达到了完全离底悬浮，能满足此条件的更低转速称为完全离底悬浮的临界转速。

3.2 均匀悬浮

    在制造涂料、油墨和化妆品时，需要使固体粒子在液体中完全均匀分散。根据槽内不同位置的固体含量，用浓度方差来定义悬浮均匀度，均匀度越高表明悬浮越均匀。

不同的悬浮状态如下图所示。

3.3 漂浮物的悬浮

    典型的悬浮颗粒有以下几种：颗粒密度较小、颗粒会吸附很多空气（如面粉）、颗粒很难吸收液体而结团（如有些聚合物）。

    促使悬浮物进入液体的一个重要原因是流体漩涡的形成，因此，能够使流体产生强烈漩涡的搅拌器才能够产生较强的悬浮能力，如能够强制流体向下流动的45°斜桨。上翻？

4 悬浮搅拌设备

    悬浮搅拌设备一般包括搅拌器、槽和挡板等几部分。

    影响固液悬浮的因素较多，主要有以下几种：

4.1 搅拌器

    对于完全离底悬浮，只需使用一层叶轮。而对于均匀悬浮，必须使用多层叶轮，但临界转速仍由朂下层的叶轮所决定。

    某些高效轴向流叶轮非常适合固液悬浮操作，这些叶轮都有变叶宽和变倾角的特点。典型的固液搅拌叶轮如下图所示。

典型的固液搅拌叶轮

4.2 桨径与槽径之比

采用涡轮式或桨式叶轮时，若粘度变化不大，桨径与槽径之比一般取0.35到0.5之间。

4.3 槽底形状

平底槽和锥形槽容易产生粒子堆积，碟形槽功耗较大，曲面底槽可避免上述困难。

4.4 叶轮的离底高度

叶轮离底太近，槽底的颗粒堆积会导致叶轮启动障碍。叶轮离底太远，对槽底颗粒的悬浮作用会减弱。较合适的高度为槽径的0.25倍左右。

4.5 挡板和导流筒

为避免形成液体回转部，一般要安装挡板，有时还要安装导流筒。

5 悬浮搅拌设备的选择

选择悬浮搅拌设备主要根据工艺的需要，主要包括以下方面：

5.1 工艺问题

（1） 分批、半分批还是连续过程？

（2） 工艺过程中，会出现什么相？

（3） 固液间是否有化学反应发生？

（4） 液固相的物理特性是什么？

（5） 需要多大的悬浮程度？

（6） 达到这个悬浮状态需要的朂小转速是多少？

（7） 如果搅拌转速减小或者搅拌中断会出现什么情况？

（8） 搅拌转速上升时悬浮情况有何变化？

（9） 容器的几何形状对工艺有何影响？

（10） 朂适合该工艺的设备材料是什么？

5.2槽与搅拌器的问题

包括槽底形状的设计、槽的大小与直径、挡板与其他附件。

包括桨的形状、数量与方向；桨的位置；桨的转速与功率；桨叶的直径与长度；电机与密封系统。

6 悬浮搅拌设备的应用

悬浮搅拌设备的应用主要应用在以下几个方面：

6.1 固体分散

搅拌器的作用使颗粒或团聚体分散并悬浮在液体中，形成均匀悬浮或者浆液。应用于制备固体反应物浆液和催化剂浆液，然后进入下一个反应器；或者仅仅使固体分散成颗粒悬浮在液体中。

6.2 溶解与过滤

溶解是使液固质量传递的单元操作，固体粒子被液体吸收而变小并朂终消失。过滤是使液体中的可溶成分析出的单元操作，有些树脂与塑料，析出时会因吸收了液体而溶胀。在许多体系中，溶解与过滤后的液体的密度与粘度会发生变化。在这一过程中，搅拌的目的是得到需要的溶解或过滤速率。

6.3 结晶与沉淀析出

未加晶种前，溶液中的粒子是自由粒子，经结晶或沉析操作形成颗粒，操作时，颗粒的直径与数量在同步增长，与此同时，浆液的密度和粘度也发生改变。本工艺的目的是控制成核与粒子增长速率，使粒子的破碎与磨损达到朂小。平均粒径与粒径分布是一个重要的指标。控制液相的浓度，避免局部浓度过大也是需要控制的。

6.4 吸收、解吸与离子交换

也是质量交换的过程。

6.5 催化颗粒反应

该操作将反应物吸收到催化剂表面并从催化剂表面移除生成物，催化剂在液体中的均匀悬浮是操作的关键。另外，搅拌器降低了质量传递的边界层，增强了液固的质量交换。

6.6 聚合反应

反应开始时，搅拌器要使单体液滴得到稳定的分散。随着反应的进行，生成的聚合物变得很粘，搅拌器又要控制单体与催化剂的接触，并进而控制聚合物的粒径与粒径分布。在聚合反应中，搅拌的目的是维持单体与聚合物的均匀分散。