第四章3(非牛顿流体特性对搅拌).ppt

第三章 搅拌器轴功率计算 四、非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响 在切向力作用下平行板内流体层中产生速度分布 牛顿粘性定律 τ=F/A=μdω/dγ τ剪应力 ，N/m2或Pa；μ 粘度，Pa.s dω/dγ，速度梯度或切变率或剪应速率，s-1 作用力F；速度ω；距离γ；面积A； （一）非牛顿型发酵醪的流变学特征 流态曲线 1:牛顿流体τ=μdω/dγ μ为常数 2:彬汉塑性流体τ= τy+μpdω/dγ， τy屈服剪影强度 μp刚性粘度，为常数 3:拟塑性流体τ= K（dω/dγ）n ，0＜ n＜1 4:涨塑性流体τ= K（dω/dγ）n ，n＞1 μa 为表观粘度， 变 μa＝τ/(dω/dγ)=K(dω/dγ)n-1 发酵液流体特性 表观粘度μa 表观粘度：非牛顿流体没有确定的粘度值，通常把一定切变率下剪应力与此切变率之比称为表观粘度，即 μa=τ/(dω/dγ) =K(dω/dγ)n-1 。 非牛顿流体的搅拌功率 拟塑性流体的表观粘度随切变率的增大而减小，涨塑性流体的表观粘度随切变率的增大而增大。 在同一搅拌转速下，培养液中的dω/dγ随着径向离开搅拌涡轮的距离，按指数倍数降低。 粘度是温度的函数，即μ=K ea/T 在搅拌罐中，罐内非牛顿流体的平均切变率与搅拌速度成正比，即（dω/dγ）平=k N，k=11.5（二档涡轮搅拌） μa=τ/(dω/dγ) =K(dω/dγ)n-1 （二）拟塑性流体的搅拌功率的计算 计算程序： （1）确定发酵罐的尺寸及搅拌转速N （2）将N代入（dω/dγ）平=11.5N，计算（dω/dγ）平 （3）用粘度计测定特定温度下，菌体生长最旺盛时的液体流变特性曲线；计算参数K和n。 （4）根据算出的（dω/dγ）平查得既定转速N时的表观粘度。 （5）计算ReM。 （6）计算Np 在几何相似的小罐里，绘制出Np--ReM曲线；若ReM＞300，可以用牛顿型流体的Np--ReM曲线代替拟塑性流体的Np--ReM曲线。 （7）对几何相似的大罐，计算P0。 （8）再计算Pg。 习题 采用带有挡板的通用式发酵罐，已知直径D=液柱高度HL=2m，搅拌转速N=2.0r/s=120r/min，搅拌桨为螺旋桨，其直径d=0.33D=0.66m，通风比=0.5m3/(m3.min)，发酵液密度ρ=1000kg/m3，黏度μ=0.001Pa.S，求该发酵罐的搅拌功率。（分别依据通风时的搅拌功率的估算式和经验式计算） * 牛顿粘性定律 （一）非牛顿型发酵醪的流变学特征 链霉菌、四环素和青大霉素的前期发酵液 涨汉塑性流体 多糖发酵液，许多丝状菌培养液，高浓度的植物细胞、酵母悬浮细胞 拟塑性流体 黑曲霉、产黄青霉和灰色链霉菌等丝状菌发酵液 彬汉塑性流体 以糖等原料培养的细菌醪和酵母醪 牛顿流体