新型攪拌槽固液懸浮特性的實驗研究

馮榮榮

摘 要 攪拌槽在石油、化工、制藥等過程中有著非常廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)型式的攪拌槽是通過槽內(nèi)四塊擋板來實現(xiàn)固體顆粒和液體的混合懸浮，而新型攪拌槽是利用底部的對數(shù)螺旋線導(dǎo)流板來實現(xiàn)懸浮。新型攪拌槽的顯著特點是低剪切高傳質(zhì)，因此，深入研究并充分認識其混合優(yōu)點，可以為工業(yè)設(shè)計及應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 新型攪拌槽 固液 懸浮

中圖分類號：TQ051.7文獻標識碼：A

1混合機理

新型攪拌槽底部有對數(shù)螺旋線導(dǎo)流板，它能夠起到導(dǎo)流的作用，而傳統(tǒng)的攪拌槽是利用槽內(nèi)沿著圓周均勻分布的四塊垂直擋板來改變攪拌效果。對于新型攪拌槽攪拌效果進行實驗研究有利于充分了解其優(yōu)點，以便于工業(yè)放大。

2實驗研究

實驗裝置如圖1所示。攪拌電機轉(zhuǎn)速采用逆變器進行無極調(diào)節(jié)，扭矩是通過JCO扭矩傳感器和P1100型轉(zhuǎn)矩測量儀測量，轉(zhuǎn)矩測量儀與計算機連接，自動進行數(shù)據(jù)采集。利用高速工業(yè)相機和片光激光器獲取攪拌槽內(nèi)的固液兩相的速度場信息。實驗介質(zhì)選用不同固體含率的石英砂和清水。

2.1臨界轉(zhuǎn)速

固液攪拌的主要目的是使所用固體顆粒完全離底懸浮起來，從而便于固體顆粒的溶解或結(jié)晶，或者作為催化劑參與反應(yīng)中。而在制造化妝品和涂料時，不僅要求固體顆粒完全離底懸浮，還要求能夠達到均勻懸浮。通常，我們將固體顆粒達到完全離底懸浮時的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速Njs。

此次實驗中，固體顆粒選用石英砂，顆粒直徑分別采用0.4mm、1.25mm和3mm三種。攪拌槳葉型式采用直徑為100mm的六直葉圓盤渦輪槳，槳葉安裝高度位于距離槽底225mm處，考察了三種不同顆粒直徑，在不同固含率情況下的臨界懸浮轉(zhuǎn)速Njs。

由圖2可知：臨界轉(zhuǎn)速隨著固體顆粒直徑的變大而變高，粒徑的大小對臨界轉(zhuǎn)速的影響是比較大的，因為隨著粒徑的增大，會使得顆粒濃度分布質(zhì)量降低，而且對于同種物質(zhì)的顆粒，粒徑變大勢必會導(dǎo)致顆粒的質(zhì)量增大，因此使得顆粒的沉降速度變快，在懸浮過程中需要的力就會增大，因此對應(yīng)的臨界懸浮轉(zhuǎn)速也會變高。

新型攪拌槽所研究的固含率，僅僅是在0-15%的范圍內(nèi)，對于高固含率，由于固體顆粒含量太高，會淹沒攪拌槽底部的導(dǎo)流板，不能使其充分發(fā)揮導(dǎo)流作用，此時臨界轉(zhuǎn)速將會非常高，甚至要比標準攪拌槽的還要高，因此新型攪拌槽不適用于高固含率的操作。

2.2功率消耗

圖3表示傳統(tǒng)攪拌槽和新型攪拌槽的轉(zhuǎn)速對攪拌功率的影響曲線圖。由圖中可以看出：隨著轉(zhuǎn)速的增加，傳統(tǒng)攪拌槽的功率變化近似成指數(shù)增加，功率曲線上升過程中無明顯的轉(zhuǎn)折點。而在新型攪拌槽中，其變化近似成直線型式增加。由圖中可以明顯觀察到在相同的攪拌轉(zhuǎn)速下，新型攪拌槽的攪拌功率遠遠低于傳統(tǒng)攪拌槽。這也說明了新型攪拌槽具有節(jié)能省功的優(yōu)點。

3實驗結(jié)論

在同種型式的攪拌槽下，臨界轉(zhuǎn)速與固體顆粒的直徑、固含率有關(guān)系。由于新型攪拌槽底部導(dǎo)流板的作用，使得流體形成一股定向的向心流動，臨界懸浮轉(zhuǎn)速與傳統(tǒng)攪拌槽相比較低。在清水狀態(tài)下對傳統(tǒng)攪拌槽和新型攪拌槽進行攪拌功率的測量，結(jié)果得出新型攪拌槽消耗的功率遠遠小于標準攪拌槽。