在許多化工操作中要涉及物料的攪動與混合，此時，有關達到混合均勻所需時間的知識往往是很重要的。通常將混合時間定義為在分子尺度上達到均勻所需的時間。但由於這種尺度上的測量技術難於實現，所以研究工作者只能靠觀察所能及的程度來測出達到均勻所需要的最終混合時間。
基本介紹
- 中文名：混合時間
- 外文名：mixing time
- 實質：達到混合均勻所需時間
- 意義：評定攪拌器效率
- 測定方法：密度法、熱法、電導法
簡介,完全混合時間,混合時間的標定,混合時間的影響,對乾粉料的影響,逐級放大的必要性,實例——混合時間的測定,
簡介
粗略地講，使進料在全槽範圍內分布均勻實際上所需要的時間，就是混合時間。可是從什麼時候起算作混合過程的起點?有人在正常操作的攪拌槽中添加示蹤物的時刻算起，有人則從靜止狀態開始攪拌時算起。至於混合過程的終點，更是沒有一致的標準。Fox和Gex定義一個“最終混合時間”，他們在測量儀器的精密度范圈內，繼續攪拌已不能覺察出指定量的樣品中組成的均一性有任何進‘步變化時所達到的混合程度，稱為最終混合狀態。達到景終混合狀態所需要的攪拌時間稱為“最終混合時間”。可是，實際上往往是逐漸地接近於最終混合狀態的，所以不同作者所確定的“實際上的均勻分布狀態”與“最終混合狀態”之間或多或少地存在偏差，偏差的大小完全是經驗選定的，取決於作業系統和操作目的。側如，可將這一偏差取作0.1%，5%或者憑肉眼的感覺判斷。顯然，混合時間並沒有一個被普遍接受的嚴格定義，這是不同文獻上的混合時間數據彼此出入很大（有時達100%）的重要原因。當然，加料方式以及測量方法、測點的選擇等因素，都會影響混合時間的測量結果。
混合時間是評定攪拌器效率的重要參數。可以這樣評定一個攪拌器的效率：在功率輸入一定的條件下混合時間的長短，或者在指定時間內達到指定的攪拌程度所消耗功率的多少。因此，攪拌功率與混合時間的計算同是追求攪拌器最佳設計的基礎。此外，對於連續流動的攪拌槽混合器，“最終混合時間”同料液在攪拌槽中的停留時間之比，決定了溢流所達到的均勻程度。Mac Donald和Piret指出，最終混合時間應比料液的平均停留時間小5%，以保證任意時刻溢流濃度與產品的平均組成的偏差在5%以內。但是，在攪拌槽反應器中，由於濃度分布的不均勻會降低反應速度，因此對攪拌速度提出了更高的要求。實驗指出，使混合時間不超過平均停留時間的0.1是最合理的，大多數攪拌輪不難滿足這樣的條件。
完全混合時間
在粉粒體的混合中，各成分的顆粒已相互充分混合，混合作用和分離作用達到了動平衡，成為統計的完全混合狀態。如繼續進行混合操作，混合狀態已經不變化，這樣所需要的混合時間叫完全混合時間。
另外，混合的粉粒體成分問有粒徑、密度、形狀、內摩擦係數等物性不同時，在進行混合的過程中，有時把混合和分離兩個作用達到動平衡狀態以前，遷移狀態的某一點表示成表觀完全混合狀態，這時的混合時間，有時也叫做完全混合時間。任何一種混合操作中．完全混合時間均指最恰當的混合時間。
混合時間的標定
配合料混合時間是指從全部原料進入混合機開始，至打開卸料門開始排料的時間。一般混合時間為3～5 min。配合料的混合階段分為乾混、加水、濕混三個階段，各階段根據工藝條件以及原料粒度級配情況，利用均方差試驗獲取。
下面舉例說明混合時間的標定方法。
某生產線原料配料系統加水時間按程式設定為30s。首先，根據生產經驗預設乾濕混時間的比值1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.5，乾混時間預定為60s。按照不同比值對配合料進行混合，測定不同比值的均方差，從中選出一個合理的比值為1:1.5。然後，用同樣方法改變乾混時間，測定其均方差，找出均方差最低點，確定為乾濕混合最佳時間。
下圖是混合時間標定圖。
混合時間標定圖上圖（a）是不同比值配合料均方差的測定值，圖（b）是比值確定後，不同乾混時間對應配合料均方差的測定值。本特例經過均方差測定，確定混合時間為3min，其中乾混為60s、濕混為60s。
混合時間標定後不可隨意更改，若混合操作是程式控制的，只要設備不發生故障，配合料的乾混、加水、濕混時間是有保障的。如混合操作是手動控制的，就應經常進行抽查。
混合時間的影響
對乾粉料的影響
物料在混合過程中經歷的密實、均化、部分凝膠化過程，均需一定時間完成。混料時問延長有助於穩定劑及其他添加劑更均勻地擴散主樹脂中，以進一步提高物料穩定性和均勻程度。根據經驗，物料在高速混合機中捏和時間至少在7～8min以上，才能得到質量均勻、於流性好的乾混粉料。
逐級放大的必要性
罐內液體完全均勻混合所需要的時間叫混合時間。混合時間越短，表示攪拌愈激烈。因此，混合時間也可作為衡量液體攪拌雷諾準數Re大小的依據。
在湍流情況下，按等P/V放大的概念，可推出下式：
按照此式計算，如果直徑放大比
（體積放大倍數
），那么混合時間就要比小罐大4倍以上。
混合時間的延長使空氣中O2的溶解和微生物對營養的攝取以及代謝物的排泄都變得緩慢，尤其是某些需要中間補料和連續發酵的串聯罐更應注意混合時間的影響。因為放大比愈大，混合時間愈長，所以不宜把在過分小的設備上所取得的結果立即放大到容積很大
的設備上去，這樣就看不出混合時間的延長所產生的影響（攪拌圓周速度nDi也是同樣的情況），由此說明了逐級放大的必要性。有時放大比很大時（甚至
或
），採用等P/V放大法仍有成功的例子，這是因為此種情況的發酵，其混合時間不是主要因素或是該種菌體對混合時間的影響並不敏感。
實例——混合時間的測定
混合時間tM是發酵罐的一項重要性能指標，其定義是把示蹤脈衝注入反應器後達到一定均勻度所需要的時間。發酵生產中，特別是流加或連續式操作中，總希望反應器內的tM儘可能短些，使流加物迅速均勻分布。為對均勻度作定量的描述，採用所謂“不均勻度h”的概念。其定義是實際濃度c與完全混合時平均濃度c∞的相對偏差：
在連續操作中，tM與相同物料在反應器中的停留時間之比，決定了溢流所達到的均勻程度。MacDonald等研究了用於化學反應的連續攪拌式反應器後指出：最終混合時間應比料液的平均停留時間少5%，以保證任意時刻溢流濃度與產品的平均組成之間的偏差在5%以內。機械攪拌式發酵罐能夠滿足這樣的條件。在小型反應器中，液體的混合是很快的，但隨發酵罐體積的增大和黏度的增加，tM明顯增大（見下表）。
檢測tM的方法有密度法、熱法、電導法等。電導法是指在一反應體系（機械攪拌罐或氣升式反應器系統）中加入一定量的電解質，如一定濃度的KCl，測定從加入電解質到電導儀的讀數不再因電解質濃度的波動而改變的一段時間，即混合時間。由於要達到完全混合，從理論上講，需相當長時間，因此常以達到電解質初始濃度的95%時所需時間為該反應體系的混合時間。
