馬小欣
摘 要:為了使流體得到有效的攪拌混合,需要考慮多種因素,如攪拌器位置、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、反應(yīng)釜容量、流體物性、粘度等。本文僅針對(duì)流體粘度的變化情況,簡(jiǎn)要闡述了不同的攪拌器結(jié)構(gòu)及其適用范圍,為在實(shí)際生產(chǎn)生活中選擇合適構(gòu)型的攪拌器,以達(dá)到較好的攪拌效果提供一定的參考。
關(guān)鍵詞:粘度;攪拌器;選擇
中圖分類(lèi)號(hào):TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
攪拌在實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)際生產(chǎn)中起著非常重要的作用,主要是將兩種或兩種以上不同介質(zhì)進(jìn)行充分接觸混合或進(jìn)行充分反應(yīng)。目前攪拌方式主要包括典型的機(jī)械攪拌、氣流攪拌和超聲震蕩等方式,其中傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、制作方法較為成熟而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工藝。攪拌器的分類(lèi)方法有很多,可按反應(yīng)釜流體流動(dòng)形態(tài)、葉片攪拌結(jié)構(gòu)等進(jìn)行劃分,此處主要按反應(yīng)釜攪拌裝置的用途進(jìn)行劃分,主要分為中低粘度和高粘度流體用攪拌器。攪拌器主要是對(duì)兩種或多種不同介質(zhì)進(jìn)行充分混勻,然后發(fā)生物理反應(yīng)或復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),同時(shí)發(fā)揮傳質(zhì)、傳熱等作用,可對(duì)液相-液相、固相-液相、氣相-液相或固-液-氣相進(jìn)行均勻分散。根據(jù)反應(yīng)釜中流體的粘度大小,選擇不同的攪拌器進(jìn)行攪拌,以達(dá)到反應(yīng)的目的,以下對(duì)中低粘度流體用攪拌器和高粘度流體用攪拌器進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
一、中低粘度流體用攪拌器選擇
粘度是流體粘滯性的一種參數(shù),即受外力作用移動(dòng)時(shí),液體分子間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的量度。對(duì)于中低粘度流體,我們可選取以下幾種攪拌器。
(一)推進(jìn)式攪拌器
推進(jìn)式攪拌器一般有三瓣葉片,其葉長(zhǎng)較短,與反應(yīng)釜內(nèi)徑之比為0.2~0.5,攪拌時(shí),流體進(jìn)入槳葉,經(jīng)筒狀螺形攪拌器排出,至容器底部返回,采用軸向循環(huán),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,適用于低粘度、流量大的裝置,適用于液-液體系、低濃度固-液體系。
(二)漿式攪拌器
漿式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,一般有2~4瓣葉片,可分為直、斜葉式,即葉面分別與旋轉(zhuǎn)方向呈垂直或傾斜狀態(tài),流體自軸桿向下運(yùn)動(dòng),沿反應(yīng)釜內(nèi)壁上移,不斷重復(fù)循環(huán),其槳葉直徑較小,轉(zhuǎn)速較高,適用于低粘度(≤20Pa·s)液-液體系、固-液體系。
(三)板框漿式攪拌器
板框漿式攪拌器在漿式攪拌器基礎(chǔ)上,添加了板框,在一定程度上使得流體軸向循環(huán)更好。
(四)渦輪式攪拌器
渦輪式攪拌器主要分為圓盤(pán)式和開(kāi)放式。其中圓盤(pán)式渦輪攪拌器是由軸桿底部連接圓盤(pán),并普遍帶有六葉,葉型分平直、傾斜、彎曲等類(lèi)型,其直徑一般為反應(yīng)釜內(nèi)徑的1/3。該攪拌器中流體自渦輪流出,沿葉片水平擴(kuò)散開(kāi)來(lái),分散性很好,適用于混合中低粘度的流體。
(五)布魯馬金式攪拌器
布魯馬金式攪拌器,類(lèi)似渦輪式攪拌器,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,槳葉前端有后掠角的大寬槳葉,流體沿徑向運(yùn)動(dòng),沿切線排到大寬槳葉,產(chǎn)生對(duì)流及湍流擴(kuò)散效應(yīng),分散性極好,適用于中低粘度的混合液。
(六)三葉后掠式攪拌器
三葉后掠式攪拌器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,制造工藝較難,同樣類(lèi)似于渦輪式攪拌器,在反應(yīng)釜內(nèi)流體采用徑向流,自攪拌軸吸入槳葉,沿槳葉切線排出,具有良好的循環(huán)性、均勻性,適合中低粘度懸浮液或反應(yīng)過(guò)程中粘度升高的流體。
二、高粘度流體用攪選擇
粘度較高的流體具有較大的內(nèi)摩擦力,在攪拌時(shí),需要較大的機(jī)械能使流體內(nèi)部分子間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),因此對(duì)攪拌器的強(qiáng)度有一定要求,選取類(lèi)型如下所示。
(一)錨式攪拌器
錨式攪拌器是在漿式攪拌器基礎(chǔ)上變形而來(lái),由水平和垂直槳葉焊接組合,該結(jié)構(gòu)較為堅(jiān)固,不易發(fā)生變形,當(dāng)攪拌器底部形狀與反應(yīng)釜底相似時(shí),則為錨式攪拌器。其直徑較大,約為反應(yīng)釜內(nèi)徑的2/3~9/10,距釜內(nèi)壁較近,可將壁上粘著的物料刮掉,提升導(dǎo)熱性,其具有較強(qiáng)的剛性,適用于對(duì)高粘度(≤100Pa·s)流體進(jìn)行攪拌,如高濃度懸浮液的反應(yīng)、沉降晶析等。
(二)框式攪拌器
框式攪拌器與錨式攪拌器類(lèi)似,只是在錨式裝置基礎(chǔ)上增加一橫槳葉,相對(duì)錨式結(jié)構(gòu)剛性增強(qiáng),混合力度加大,其豎槳葉與反應(yīng)釜內(nèi)壁保持平行且相近,易于刮掉內(nèi)壁沉積物料,提升導(dǎo)熱性,同樣適用于攪拌高濃度固-液懸浮體系、液-液分散體系等。
(三)鋸齒圓盤(pán)式攪拌器
鋸齒圓盤(pán)式攪拌器是在圓盤(pán)渦輪裝置基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,其攪拌軸底部連接邊緣呈鋸齒形圓盤(pán),在一定轉(zhuǎn)速下提升剪切能力,流體由渦輪的鋸齒邊緣切向流出,再沿槳葉切向方向流出,更易于混合均勻,適用于高濃度乳濁液、懸浮液等的分散。
(四)螺帶式攪拌器
螺帶式攪拌器的剛性強(qiáng)度較上述幾種高粘度攪拌裝置強(qiáng)得多,是由2~3個(gè)具有一定寬度的鋼帶按一定螺距呈螺旋狀繞于軸桿上形成,鋼帶邊緣與釜壁相貼,其間隙很小,攪拌時(shí)能不斷將粘于釜壁的沉積物料刮掉,且流體呈軸向運(yùn)動(dòng),沿內(nèi)壁不斷螺旋上移,再沿槳軸向下排出。其一般是在層流狀態(tài)下操作,適用于黏度高的流體混合等。
(五)螺桿式攪拌器
螺桿式攪拌器與螺帶式結(jié)構(gòu)相似,比之較為簡(jiǎn)單,其軸桿僅由一個(gè)鋼帶纏繞而成,其直徑較小,軸中心周?chē)黧w混合度較高,采用軸向運(yùn)動(dòng),適用于中高粘度的流體混合、傳熱等。
(六)螺桿-螺帶式攪拌器
螺桿-螺帶式攪拌器主要由螺桿式和螺帶式組合而成,對(duì)流體的傳質(zhì)、傳熱、混合均勻性非常好,綜合了螺桿式和螺帶式攪拌器的優(yōu)點(diǎn),相對(duì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,適用于高粘度流體的反應(yīng)。
結(jié)語(yǔ)
本文在不考慮其它因素的情況下,主要針對(duì)不同粘度的流體的攪拌,簡(jiǎn)要介紹不同的攪拌器構(gòu)型及其使用范圍。綜上所述,當(dāng)攪拌低粘度流體時(shí),可以選用構(gòu)型簡(jiǎn)單的攪拌器,如推進(jìn)式、漿式;當(dāng)攪拌中粘度流體時(shí),可以選用扭力相對(duì)較大的渦輪式、布魯馬金式等攪拌器;當(dāng)攪拌高粘度流體時(shí),需要一定的剛性強(qiáng)度,可采用錨框式、鋸齒圓盤(pán)式、螺帶式等。
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