試析化工設(shè)備中攪拌器的設(shè)計(jì)問(wèn)題

程渝

摘 要：從攪拌器的性能和分類入手，分析了攪拌器的設(shè)計(jì)流程和具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，旨在為今后化工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備；攪拌器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；設(shè)計(jì)流程

中圖分類號(hào)：TQ051.7+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.132

攪拌器的運(yùn)用情況影響著工業(yè)生產(chǎn)，特別是在化學(xué)工業(yè)方面尤為重要，可謂應(yīng)用廣泛、歷史悠久。但是，就目前情況而言，對(duì)攪拌器設(shè)計(jì)的研究明顯不足，而且也不夠重視。攪拌器的種類復(fù)雜多樣，攪拌物料與攪拌目的也各不相同，因此，如何更好地設(shè)計(jì)與選擇攪拌器仍然是目前化工產(chǎn)業(yè)需要認(rèn)真考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。

1 攪拌器的性能

由傳動(dòng)裝備、聯(lián)軸器、機(jī)架、攪拌軸和軸封等部分構(gòu)成的攪拌器是利用旋轉(zhuǎn)的攪拌槳葉將機(jī)械能輸入釜內(nèi)流體，以保證流體獲得合適的流動(dòng)場(chǎng)的機(jī)械裝置。

一般情況下，攪拌器會(huì)依靠葉輪的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生攪拌過(guò)程所需的能量和合適的流動(dòng)狀，以保證攪拌過(guò)程最終完成為直接目的，因此，葉輪的形狀、大小、數(shù)量和轉(zhuǎn)速等都會(huì)影響攪拌器的功能。此外，影響攪拌器功能發(fā)揮的還有攪拌介質(zhì)的物性、攪拌器在罐內(nèi)的裝置位置和攪拌罐的形狀、大小、物料出入方式等。這些因素都會(huì)在不同程度上影響攪拌器功能的形成。此外，攪拌器功率與作業(yè)功率相等的情況有利于攪拌器功能的發(fā)揮。

2 攪拌器的分類

由于各類攪拌器的結(jié)構(gòu)和性能有差別，其種類的選擇需要基于不同的化工生產(chǎn)情況分別匹配。常見(jiàn)攪拌器有以下幾種，具體如圖1所示。

以剪切力為主的槳式攪拌器分為平直葉和折葉型2種。這類攪拌器屬于大型低速設(shè)備，其結(jié)構(gòu)和加工都比較簡(jiǎn)單，通常適用于混合低中等黏度物料或可溶固體等場(chǎng)合，可促進(jìn)傳熱。由于制造和更換便捷，槳式攪拌器被廣泛應(yīng)用于有防腐蝕和金屬污染需求的化工生產(chǎn)中。渦輪式攪拌器主要有開(kāi)啟渦輪式和圓盤(pán)渦輪式2類，其形式多樣，每類可再分為平直葉、折葉、后彎葉3種。其結(jié)構(gòu)與槳式攪拌器相似，只是在葉片數(shù)量上有差別。這類攪拌器同樣適用于低中等黏度物料，常應(yīng)用于氣體與液體混合或液體互相混合的場(chǎng)合。葉片形似輪船之螺旋槳的推進(jìn)式攪拌器又被稱為“旋槳式攪拌器”，因其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中能產(chǎn)生較大的軸向循環(huán)流量，宏觀混合效果相對(duì)較好，所以，多被運(yùn)用于以宏觀混合為目的的場(chǎng)合中。相互聯(lián)系的錨式攪拌器和框式攪拌器都為低速攪拌器，使用范圍比較窄，只適用于高黏度物料的攪拌，通常被用于精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中。適用于高黏度料液（μ<105 cP）混合的螺帶式攪拌器的運(yùn)行機(jī)理是，在攪拌軸上固定一定螺距的螺旋形鋼帶，以保證螺帶外緣接近釜壁。在攪拌過(guò)程中，物料能夠沿釜壁上升，并沿軸下降。

3 攪拌器的設(shè)計(jì)問(wèn)題

攪拌作業(yè)的目的是決定攪拌器設(shè)計(jì)造型的關(guān)鍵因素，攪拌器形式多樣。對(duì)于不同的攪拌過(guò)程，需要根據(jù)其作業(yè)目的和需求設(shè)計(jì)選擇不同的攪拌器，以保證其運(yùn)行的順利進(jìn)行。在攪拌器型式、電動(dòng)機(jī)功率、攪拌轉(zhuǎn)速，減速機(jī)、機(jī)架等性能和部件的選擇上，要遵循“目的決定”原則。在具體操作的過(guò)程中，化工設(shè)備中攪拌器的設(shè)計(jì)流程為：確定攪拌工況與條件、選擇攪拌器型式、設(shè)定葉輪尺寸與轉(zhuǎn)速、計(jì)算攪拌功率、最終攪拌裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)。

在選擇攪拌器樣式時(shí)，需要綜合考慮攪拌的需求和目的，按照規(guī)范的工藝條件，在充分掌握攪拌器的動(dòng)力特性、攪拌過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的流態(tài)和各種與攪拌相關(guān)的因素、關(guān)系的前提下選擇。

在掌握了攪拌工況、選定了攪拌器型式后，需要通過(guò)計(jì)算獲得電動(dòng)機(jī)功率，再運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段和計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)技術(shù)確定攪拌的速度、攪拌器的直徑等物理特質(zhì)，使攪拌混合時(shí)間、物料分散度和沉降速度在可控范圍內(nèi)。

在選擇減速機(jī)時(shí)，如果以實(shí)際工作扭矩為參照，則要注意其扭矩必須小于減速機(jī)允許使用的扭矩，并且之后攪拌軸系支承方式的選擇與機(jī)架、聯(lián)軸器的規(guī)格限定都要以減速機(jī)的輸出軸頭為基準(zhǔn)。

此外，軸封型式的選定要在綜合考量了機(jī)架攪拌軸頭尺寸、可容納空間、工作壓力和溫度的情況下再確定組裝。最后，攪拌軸結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)選擇需依照安裝形式和結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行，并要注意其強(qiáng)度與剛度的校驗(yàn)。在此過(guò)程中要注意的是，攪拌器的設(shè)計(jì)與制造應(yīng)按照《石油化工攪拌器工程技術(shù)規(guī)定》（SH/T 3150—2007）的要求，保證其使用壽命為20年以上，并且預(yù)期不間斷連續(xù)操作至少2年。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，攪拌器設(shè)計(jì)與選擇的合理性不僅關(guān)系著化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)換、能量的消耗，還在很大程度上決定著產(chǎn)量，其方方面面都影響著工業(yè)生產(chǎn)。同時(shí)，攪拌器的設(shè)計(jì)與選擇又離不開(kāi)對(duì)其性能和分類的了解。因此，化工產(chǎn)業(yè)應(yīng)根據(jù)攪拌目的設(shè)計(jì)并選擇攪拌器，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要執(zhí)行規(guī)范的設(shè)計(jì)流程。只有夯實(shí)好攪拌器這一基礎(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì)工作，才能進(jìn)一步推動(dòng)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕