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        攪拌器
        點擊數:509     發表日期:2020-5-29

        使液體、氣體介質強迫對流并均勻混合的器件。 攪拌器的類型、尺寸及轉速,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的復雜問題,至今只能通過逐級經驗放大,根據取得的放大判據,外推至工業規模。

        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,攪拌設備中同樣也存在這三種流動狀態,而決定這些狀態的主要參數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、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,用小直徑的高轉速的攪拌器就能帶動周圍的流體循環,并至遠處。而高粘度介質的流體則不然,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進行而變化,就需要用能適合寬粘度領域的葉輪,如泛能式葉輪等。

        類型

        ①旋槳式攪拌器

        23片推進式螺旋槳葉構成(2),工作轉速較高,葉片外緣的圓周速度一般為515m/s。旋槳式攪拌器主要造成軸

        向液流,產生較大的循環量,適用于攪拌低粘度 (<2Pa·s)

        體、乳濁液及固體微粒含量低于10%的懸浮液。攪拌器的轉軸

        也可水平或斜向插入槽內,此時液流的循環回路不對稱,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24片平直的或彎曲的葉片

        所構成。




        槳葉的外徑、寬度與高度的比例,一般為2054,

        圓周速度一般為 38m/s。渦輪在旋轉時造成高度湍動的

        徑向流動,適用于氣體及不互溶液體的分散和液液相反應

        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成。槳葉直徑與高度之比為 410,圓周速度為1.53m/s,所產生的徑向液




        流速度較小。斜槳式攪拌器(圖4)的兩葉相反折轉45°60°,因而產生軸向液流。槳式攪拌器結構簡單,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壁要一致(圖5),其間僅有很小間隙,可清除附在槽壁上的粘性反應產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

        0.51.5m/s,可用于攪拌粘度高達 200Pa·s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。

        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(200500Pa·s)及擬塑性流體,通常在層流狀態下操作。

        折葉式攪拌器

        根據不同介質的物理學性質、容量、攪拌目的選擇相應的攪拌器,對促進化學反應速度、提高生產效率能起到很大的作用。折葉渦輪攪拌器一般適應于氣、液相混合的反應,攪拌器轉數一般應選擇300r/min以上。

        變頻雙層攪拌器

        變頻攪拌器的底座、支桿、電動機使用專利技術固定為一體。專利夾頭,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、結構合理。具有移動方便,重量輕等優點。適合各類小型容器。

        側入式攪拌機

        側入式攪拌機是將攪拌裝置安裝在設備筒體的側壁上,攪拌機上的攪拌器通常采用軸流型,以推進式攪拌器為多,在消耗同等功率情況下,能得到最高的攪拌效果,功率消耗僅為頂攪拌的1/32/3,成本僅為頂攪拌的1/41/3。轉速可在200750r/min。
          廣泛用于脫硫、除硝以及各種大型貯罐或貯槽的攪拌。特別是在大型貯槽或貯罐中利用一臺或多臺側入式攪拌機一起工作,在消耗低能耗的情況下便可以得到良好的攪拌效果。

        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為功率準數,它是攪拌雷諾數Rej(Rej=d2Nρ/μ)的函數;dN 分別為攪拌器的直徑和轉速;ρμ分別為混合液的密度和粘度。對于一定幾何結構的攪拌器和攪拌槽,KRej的函數關系可由實驗測定,將這函數關系繪成曲線,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,因攪拌作業功率很難予以準確測定,一般通過設定攪拌器的轉速來滿足達到所需的攪拌作業功率。從攪拌器功率的概念出發,影響攪拌功率的主要因素如下。

        攪拌器的結構和運行參數,如攪拌器的型式、槳葉直徑和寬度、槳葉的傾角、槳葉數量、攪拌器的轉速等。

        攪拌槽的結構參數,如攪拌槽內徑和高度、有無擋板或導流筒、擋板的寬度和數量、導流筒直徑等。

        攪拌介質的物性,如各介質的密度、液相介質黏度、固體顆粒大小、氣體介質通氣率等。

        由以上分析可見,影響攪拌功率的因素是很復雜的,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,可得到無量綱關系式(11-14)。

        Np=P/ρN3dj5=fRe,Fr

        式中Np——功率準數

        Fr——弗魯德數,Fr=N2dj/g;

        P——攪拌功率,W。

        式(11-14)中,雷諾數反映了流體慣性力與粘滯力之比,而弗魯德數反映了流體慣性力與重力之比。實驗表明,除了在Re300的過渡流狀態時,Fr數對攪拌功率都沒有影響。即使在Re300的過渡流狀態,Fr數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表示成雷諾數的函數,而不考慮弗魯德數的影響。

        由于在雷諾數中僅包含了攪拌器的轉速、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定,然后測出功率準數與雷諾數的關系。由此可以看到,從實驗得到的所有功率準數與雷諾數的關系曲線或方程都只能在一定的條件范圍內才能使用。最明顯的是對不同的槳型,功率準數與雷諾數的關系曲線是不同的,它們的Np-Re關系曲線也會不同。

        標記示例

        直徑600mm,軸徑40mm的漿式攪拌器,標記為

        攪拌器 600-40, HG5--220--65--5

        選型

        攪拌器選型步驟分析介紹

        攪拌裝置的設計選型與攪拌作業目的緊密結合。各種不同的攪拌過程需要由不同的攪拌裝置運行來實現,在設計選型時首先要根據工藝對攪拌作業的目的和要求,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充分掌握攪拌器的動力特性和攪拌器在攪拌過程中所產生的流動狀態與各種攪拌目的的因果關系。

        2.按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產生的流動狀態,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相同型號規格的機架、聯軸器

        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.按照安裝形式和結構要求,設計選擇攪拌軸結構型式,并校檢其強度、剛度。

        如按剛性軸設計,在滿足強度條件下n/nk≤0.7

        如按柔性軸設計,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(攪拌裝置設計選擇流程示意圖),配置過程中各部件之間連接關鍵尺寸是軸頭尺寸,軸頭尺寸一致的各部件原則上可互換、組合。

         

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