攪拌器

使液體、氣體介質(zhì)強迫對流并均勻混合的器件。 攪拌器的類型、尺寸及轉(zhuǎn)速，對攪拌功率在總體流動和湍流脈動之間的分配都有影響。一般說來，渦輪式攪拌器的功率分配對湍流脈動有利，而旋槳式攪拌器對總體流動有利。對于同一類型的攪拌器來說，在功率消耗相同的條件下，大直徑、低轉(zhuǎn)速的攪拌器，功率主要消耗于總體流動，有利于宏觀混合。小直徑、高轉(zhuǎn)速的攪拌器，功率主要消耗于湍流脈動，有利于微觀混合。攪拌器的放大是與工藝過程有關(guān)的復(fù)雜問題，至今只能通過逐級經(jīng)驗放大，根據(jù)取得的放大判據(jù)，外推至工業(yè)規(guī)模。

不同介質(zhì)黏度的攪拌

　　. 粘度是指流體對流動的阻抗能力，其定義為：液體以1cm/s的速度流動時，在每1cm2平面上所需剪應(yīng)力的大小，稱為動力粘度，以Pa/s為單位。 粘度是流體的一種屬性。流體在管路中流動時，有層流、過渡流、湍流三種狀態(tài)，攪拌設(shè)備中同樣也存在這三種流動狀態(tài)，而決定這些狀態(tài)的主要參數(shù)之一就是流體的粘度。 在攪拌過程中，一般認為粘度小于5Pa/s的為低粘度流體，例如：水、蓖麻油、飴糖、果醬、蜂蜜、潤滑油重油、低粘乳液等；5-50Pa/s的為中粘度流體，例如：油墨、牙膏等；50-500Pa/s的為高粘度流體，例如口香糖、增塑溶膠、固體燃料等；大于500Pa/s的為特高粘流體例如：橡膠混合物、塑料熔體、有機硅等。 對于低粘度介質(zhì)，用小直徑的高轉(zhuǎn)速的攪拌器就能帶動周圍的流體循環(huán)，并至遠處。而高粘度介質(zhì)的流體則不然，需直接用攪拌器來推動。 適用于低粘和中粘流體的葉輪有槳式、開啟渦輪式、推進式、長薄葉螺旋槳式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、板框槳式、三葉后彎式、MIG式等。適用于高粘和特高粘流體的葉輪有螺帶式葉輪、螺桿式、錨式、框式、螺旋槳式等。有的流體粘度隨反應(yīng)進行而變化，就需要用能適合寬粘度領(lǐng)域的葉輪，如泛能式葉輪等。

攪拌器的類型

①旋槳式攪拌器

　　由2～3片推進式螺旋槳葉構(gòu)成，工作轉(zhuǎn)速較高,葉片外緣的圓周速度一般為5～15m/s。旋槳式攪拌器主要造成軸

　　向液流，產(chǎn)生較大的循環(huán)量，適用于攪拌低粘度 （<2Pa·s）液

　　體、乳濁液及固體微粒含量低于10%的懸浮液。攪拌器的轉(zhuǎn)軸

　　也可水平或斜向插入槽內(nèi)，此時液流的循環(huán)回路不對稱，可增

　　加湍動，防止液面凹陷。

②渦輪式攪拌器

　　由在水平圓盤上安裝2～4片平直的或彎曲的葉片所構(gòu)成。

槳葉的外徑、寬度與高度的比例，一般為20:5:4，

　　圓周速度一般為 3～8m/s。渦輪在旋轉(zhuǎn)時造成高度湍動的

　　徑向流動，適用于氣體及不互溶液體的分散和液液相反應(yīng)

　　過程。被攪拌液體的粘度一般不超過25Pa·s。

③槳式攪拌器

　　有平槳式和斜槳式兩種。平槳式攪拌器由兩片平直槳葉構(gòu)成。槳葉直徑與高度之比為 4～10,圓周速度為1.5～3m/s，所產(chǎn)生的徑向液流速度較小。斜槳式攪拌器的兩葉相反折轉(zhuǎn)45°或60°，因而產(chǎn)生軸向液流。槳式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單，常用于低粘度液體的混合以及

　　固體微粒的溶解和懸浮。

④錨式攪拌器

　　槳葉外緣形狀與攪拌槽內(nèi)壁要一致，其間僅有 很小間隙,可清除附在槽壁上的粘性反應(yīng)產(chǎn)物或堆積于槽底

　　的固體物，保持較好的傳熱效果。槳葉外緣的圓周速度為

　　0.5～1.5m/s,可用于攪拌粘度高達 200Pa·s的牛頓型流體和擬塑性流體（見粘性流體流動。唯攪拌高粘度液體時，

　　液層中有較大的停滯區(qū)。

⑤螺帶式攪拌器

　　螺帶的外徑與螺距相等,專門用于攪拌高粘度液體（200～500Pa·s）及擬塑性流體，通常在層流狀態(tài)下操作。

⑥磁力攪拌器 Corning數(shù)字式加熱器帶有一個閉路旋鈕來監(jiān)控與調(diào)節(jié)攪拌速度。 微處理器自動調(diào)節(jié)馬達動力去適應(yīng)水質(zhì)、粘性溶液與半固體溶液。

⑦磁力加熱攪拌器

　　Corning數(shù)字式加熱攪拌器帶有可選的外部溫度控制器 （Cat. No. 6795PR） ，他們還可以監(jiān)控與控制容器中的溫度。

⑧折葉式攪拌器

　　根據(jù)不同介質(zhì)的物理學(xué)性質(zhì)、容量、攪拌目的選擇相應(yīng)的攪拌器，對促進化學(xué)反應(yīng)速度、提高生產(chǎn)效率能起到很大的作用。折葉渦輪攪拌器一般適應(yīng)于氣、液相混合的反應(yīng)，攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)一般應(yīng)選擇300r/min以上。

⑨變頻雙層攪拌器

　　變頻攪拌器的底座、支桿、電動機使用技術(shù)固定為一體。夾頭，無松動、無搖擺、不會脫落，安全可靠。鍍鉻支桿，下粗上細，鋼性強、結(jié)構(gòu)合理。具有移動方便，重量輕等優(yōu)點。適合各類小型容器。

攪拌功率

　　攪拌器向液體輸出的功率P,按下式計算：

　　P=Kd5N3ρ

　　式中K為功率準(zhǔn)數(shù)，它是攪拌雷諾數(shù)Rej（Rej=d2Nρ/μ）的函數(shù)；d和N 分別為攪拌器的直徑和轉(zhuǎn)速；ρ和μ分別為混合液的密度和粘度。對于一定幾何結(jié)構(gòu)的攪拌器和攪拌槽,K與Rej的函數(shù)關(guān)系可由實驗測定，將這函數(shù)關(guān)系繪成曲線，稱為功率曲線（圖7）。

　　攪拌功率的基本計算方法

　　理論上雖然可將攪拌功率分為攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率兩個方面考慮，但在實踐中一般只考慮或主要考慮攪拌器功率，因攪拌作業(yè)功率很難予以準(zhǔn)確測定，一般通過設(shè)定攪拌器的轉(zhuǎn)速來滿足達到所需的攪拌作業(yè)功率。從攪拌器功率的概念出發(fā)，影響攪拌功率的主要因素如下。

　?、?攪拌器的結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)，如攪拌器的型式、槳葉直徑和寬度、槳葉的傾角、槳葉數(shù)量、攪拌器的轉(zhuǎn)速等。

　?、?攪拌槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如攪拌槽內(nèi)徑和高度、有無擋板或?qū)Я魍?、擋板的寬度和?shù)量、導(dǎo)流筒直徑等。

　?、?攪拌介質(zhì)的物性，如各介質(zhì)的密度、液相介質(zhì)黏度、固體顆粒大小、氣體介質(zhì)通氣率等。

　　由以上分析可見，影響攪拌功率的因素是很復(fù)雜的，一般難以直接通過理論分析方法來得到攪拌功率的計算方程。因此，借助于實驗方法，再結(jié)合理論分析，是求得攪拌功率計算公式的惟一途徑。

　　由流體力學(xué)的納維爾-斯托克斯方程，并將其表示成無量綱形式，可得到無量綱關(guān)系式（11-14）。

　　Np=P/ρN&sup3;dj5=f（Re，F(xiàn)r）

　　式中Np——功率準(zhǔn)數(shù)

　　Fr——弗魯?shù)聰?shù)，F(xiàn)r=N&sup2;dj/g；

　　P——攪拌功率，W。

　　式（11-14）中，雷諾數(shù)反映了流體慣性力與粘滯力之比，而弗魯?shù)聰?shù)反映了流體慣性力與重力之比。實驗表明，除了在Re﹥300的過渡流狀態(tài)時，F(xiàn)r數(shù)對攪拌功率都沒有影響。即使在Re﹥300的過渡流狀態(tài)，F(xiàn)r數(shù)對大部分的攪拌槳葉影響也不大。因此在工程上都直接把功率因數(shù)表示成雷諾數(shù)的函數(shù)，而不考慮弗魯?shù)聰?shù)的影響。

　　由于在雷諾數(shù)中僅包含了攪拌器的轉(zhuǎn)速、槳葉直徑、流體的密度和黏度，因此對于以上提及的其他眾多因素必須在實驗中予以設(shè)定，然后測出功率準(zhǔn)數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。由此可以看到，從實驗得到的所有功率準(zhǔn)數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線或方程都只能在一定的條件范圍內(nèi)才能使用。zui明顯的是對不同的槳型，功率準(zhǔn)數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線是不同的，它們的Np-Re關(guān)系曲線也會不同。

標(biāo)記示例

　　例 直徑600mm，軸徑40mm的漿式攪拌器，標(biāo)記為

　　攪拌器 600-40， HG5--220--65--5

攪拌器的選型

　　攪拌器選型步驟分析介紹

　　攪拌裝置的設(shè)計選型與攪拌作業(yè)目的緊密結(jié)合。各種不同的攪拌過程需要由不同的攪拌裝置運行來實現(xiàn)，在設(shè)計選型時先要根據(jù)工藝對攪拌作業(yè)的目的和要求，確定攪拌器型式、電動機功率、攪拌速度，然后選擇減速機、機架、攪拌軸、軸封等各部件。共具體步驟方法如下：

　　1.按照工藝條件、攪拌目的和要求，選擇攪拌器型式，選擇攪拌器型式時應(yīng)充分掌握攪拌器的動力特性和攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動狀態(tài)與各種攪拌目的的因果關(guān)系。

　　2.按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動狀態(tài)，工藝對攪拌混合時間、沉降速度、分散度的控制要求，通過實驗手段和計算機模擬設(shè)計，確定電動機功率、攪拌速度、攪拌器直徑。

　　3.按照電動機功率、攪拌轉(zhuǎn)速及工藝條件，從減速機選型表中選擇確定減速機機型。如果按照實際工作扭矩來選擇減速機，則實際工作扭矩應(yīng)小于減速機許用扭矩。

　　4.按照減速機的輸出軸頭d和攪拌軸系支承方式選擇與d相同型號規(guī)格的機架、聯(lián)軸器

　　5.按照機架攪拌軸頭do尺寸、安裝容納空間及工作壓力、工作溫度選擇軸封型式

　　6.按照安裝形式和結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計選擇攪拌軸結(jié)構(gòu)型式，并校檢其強度、剛度。

　　如按剛性軸設(shè)計，在滿足強度條件下n/nk≤0.7

　　如按柔性軸設(shè)計，在滿足強度條件下n/nk>=1.3

　　7.按照機架的公稱心寸DN、攪拌軸的擱軸型式及壓力等級、選擇安裝底蓋、凸緣底座或凸緣法蘭

　　8.按照支承和抗振條件，確定是否配置輔助支承。

　　在以上選型過程中，攪拌裝置的組合、配置可參考（攪拌裝置設(shè)計選擇流程示意圖），配置過程中各部件之間連接關(guān)鍵尺寸是軸頭尺寸，軸頭尺寸一致的各部件原則上可互換、組合。