選擇攪拌器時(shí)首先要明確一個(gè)概念,粘度。粘度指流體對(duì)流動(dòng)的阻抗能力,其定義為:液體以1cm/s的速度流動(dòng)時(shí),在每1平方厘米平面上所需剪應(yīng)力的大小,稱為動(dòng)力粘度,以Pa·s為單位。粘度是流體的一種屬性。
在攪拌過程中,一般認(rèn)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(rùn)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(jī)硅等。
根據(jù)不同的分類方法可以將攪拌槳分為不同的類型,如根據(jù)流體的流動(dòng)形態(tài)分,可以將攪拌槳分為徑向流攪拌槳、軸向流攪拌槳和混合攪拌槳。如根據(jù)攪拌槳的結(jié)構(gòu)可分為折葉、螺旋面葉和平葉。錨式、框式、渦輪式和槳式的槳葉都有折葉和平葉兩種結(jié)構(gòu);螺桿式、推進(jìn)式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉。如根據(jù)攪拌的用途可分為高粘流體用攪拌槳和低粘流體用攪拌槳。可用于高粘流體的攪拌槳包括,螺旋-螺帶式、螺帶式(雙螺帶式、單螺帶式)、螺旋槳式、鋸齒圓盤式、框式和錨式等??捎糜诘驼沉黧w攪拌槳有MIG和改進(jìn)MIG、三葉后彎式、板框槳式、布魯馬金式、圓盤渦輪式、開啟渦輪式、槳式、長(zhǎng)薄葉螺旋槳和推進(jìn)式等。
在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛的攪拌槳包括槳式、推進(jìn)式、渦輪式、錨式及框式,根據(jù)統(tǒng)計(jì)這些攪拌槳大約占攪拌槳總數(shù)的75%~80%。下面介紹幾種常見的攪拌槳:
1、槳式攪拌槳:攪拌槳中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的一種攪拌槳,葉片一般用扁鋼制成,用螺栓固定或者焊接在輪轂上,一般有2、3或4片葉片,通常有平直葉式和折葉式兩種葉片形成。主要應(yīng)用在固-液系中多用于防止固體沉降、液-液系中用于防止分離和使罐的溫度均一。但對(duì)于以細(xì)微化和保持氣體為目的的氣-液分散的操作則不可使用。
槳式攪拌槳較多的應(yīng)用在流體的循環(huán)中,由于在相同排量下,折葉式的功耗較平葉式的少,操作費(fèi)用也低,故軸流槳葉使用較多。對(duì)于高粘流體攪拌槳式攪拌器可以代替價(jià)格較高的螺帶式葉輪使用,促進(jìn)了流體的上下交換,獲得了良好的效果。槳式攪拌槳的轉(zhuǎn)速通常為20~100rpm/min,最高粘度有20Pa·s。
2、推進(jìn)式攪拌槳:推進(jìn)式攪拌槳較多的應(yīng)用于低粘度流體中,標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)式攪拌槳共有三瓣葉片,其槳直徑d和螺距相等。在攪拌的過程中,流體經(jīng)由槳葉的上方吸入,在以圓筒狀螺旋形經(jīng)下方流出,當(dāng)流體到達(dá)容器底部時(shí)會(huì)沿著壁面返回到槳葉的上方,從而形成了軸向流動(dòng)。雖然推進(jìn)式攪拌槳在攪拌時(shí)的湍流程度不高,但是循環(huán)量卻很大。若使攪拌槳傾斜、攪拌軸偏心或者容器內(nèi)裝擋板,則可有效的防止旋渦的產(chǎn)生。推進(jìn)式攪拌槳的直徑不大,d/D=1/4~1/3,葉端的速度一般是7~8m/s,最高可以達(dá)到15m/s。
推進(jìn)式攪拌槳的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造簡(jiǎn)單方便,適宜用在流量大、粘度低的場(chǎng)合,可以在較小的攪拌功率下,利用高速旋轉(zhuǎn)的槳葉獲得比較好的攪拌效果。主要用在低濃度的固-液系中放置固體沉降、液-液系的混合和使溫度均勻等場(chǎng)合中,屬于循環(huán)型攪拌槳,具有較好的循環(huán)性能,剪切作用小。
3、渦輪式攪拌槳:渦輪式攪拌槳是應(yīng)用廣泛的一類攪拌槳,幾乎能有效的完成所有的攪拌操作,并且能適用于較廣粘度范圍的流體。
渦輪式攪拌槳可分為盤式和開式兩種,盤式有圓盤彎葉、圓盤斜葉和圓盤平直葉等;開式有彎葉、斜葉和平直葉。盤式渦輪通常有6葉;開式渦輪的葉片數(shù)以2葉和4葉居多。有時(shí)還會(huì)把槳葉制成箭形或凹形來改善流動(dòng)的狀況。渦輪式攪拌器可以產(chǎn)生較大的剪切力,所以可將流體微團(tuán)分散的很細(xì),適用于液-固懸浮、液-液分散、低粘度到中等粘度流體之間的混合,以及促進(jìn)良好的傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等過程。因平直葉剪切作用較大,屬于典型的剪切型攪拌槳。當(dāng)葉片朝著流動(dòng)方向彎曲時(shí)就形成了彎葉,可有效降低功率的消耗,比較適用于含有易碎固體顆粒流體的攪拌中。
4、錨式和框式攪拌槳:錨式攪拌槳結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可適用于粘度在100Pa·s以下的流體中攪拌,當(dāng)流體粘度在10~100Pa·s時(shí),為了增強(qiáng)容器中部的混合可在錨式槳中間加一橫梁這樣就形成了框式攪拌器。
由于錨式及框式的槳葉的混合效果并不理想,所以只可用于對(duì)混合要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合。因?yàn)殄^式攪拌槳特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)致使其在容器壁附近的流速較其他類型的攪拌槳快,所以能獲得大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),故較多的用于結(jié)晶、傳熱操作。也常被用于沉降性淤漿與高濃度淤漿。當(dāng)應(yīng)用在攪拌濃度大于100Pa·s的流體中時(shí),采用螺桿式或螺帶式較好。
攪拌槳的選擇:攪拌操作關(guān)系到流體的傳熱、傳質(zhì)和流動(dòng),而且對(duì)攪拌效果的要求,化學(xué)和物理的過程是不同的,到現(xiàn)在為止,對(duì)攪拌槳的選用還是以經(jīng)驗(yàn)性為主。攪拌槳的選型不僅要考慮攪拌效果,而且也要考慮減少動(dòng)力的消耗,還必須做的經(jīng)濟(jì)、安全。
攪拌器的選型一般根據(jù)三個(gè)方面來考慮,這包括物料粘度、攪拌目的和容器容積的大小。另外還要考慮操作費(fèi)用、功耗,以及維護(hù)、檢修和制造等因素。
對(duì)于攪拌槳葉輪形式的選擇同樣也是非常重要的,對(duì)攪拌的要求不同的攪拌過程有時(shí)也是具有共性的,同時(shí)各種攪拌器間的性能也有很多共同點(diǎn),這樣就有可能會(huì)有好幾種形式的攪拌槳同時(shí)適用于某一種攪拌操作,而且不同二代攪拌過程可以使用同一種攪拌器。嚴(yán)格來說沒有絕對(duì)的好與壞,各有利弊,例如轉(zhuǎn)速范圍、容積大小、粘度的高低等都會(huì)對(duì)攪拌器的攪拌效果產(chǎn)生影響。
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