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搅拌过程分类

从搅拌技术观点看,流体搅拌可分为五种基本搅拌应用,而每一种搅拌应用又可根据物理过程和化学过程分为两种类型。因此,总共有十种基本的搅拌应用。每一种基本搅拌应用都有各自的搅拌特点,过程要求和放大设计准则。实际应用时,每种搅拌应用往往会有几种基本搅拌应用组成,如絮凝搅拌过程由液液混合和固体悬浮两个基本搅拌应用组成。

二、搅拌桨叶分类  

搅拌机主要有气动马达、减速装置、搅拌轴和桨叶等组成。搅拌桨叶的形式多种多样,但无论何种桨叶形式,搅拌机在操作时,其轴功率消耗都产生两部分作用,一部分是桨叶产生的排液量,另一部分是桨叶产生的压头。桨叶产生的压头又可分成两部分,即静压头和剪切力;搅拌机桨叶在操作时,必须克服静压头,而剪切力使得物料分散、混合。因此,根据桨叶产生排液量,克服静压头和产生剪切力能力的大小,可将所有桨叶分成三种基本类型,即流动型、压头型和剪切型。每一种桨叶在提供某种基本作用的同时(如流动型桨叶的基本作用是产生排液量),也提供另外两种作用(产生剪切和克服静压头)。  根据不同的搅拌工程对搅拌要求的不同,选择一种合理的桨叶形式,使得搅拌桨叶提供的排液量,静压头和剪切之匹配能最大限度地满足搅拌过程的搅拌要求。如固体悬浮及互容液体的混合,要求桨叶能提供大排液量、低剪切。而气一液分散,要求桨叶能同时提供剪切、排液量和静压。  搅拌桨叶的分类,也可以按照桨叶对流体作用所产生的流动型态来分,可将桨叶分成两种类型-轴流式桨叶及径流式桨叶。所谓轴流式桨叶,是指桨叶的主要排液方向与搅拌轴平行,螺旋推进式桨叶即是一种典型的轴流式桨叶;所谓径流式桨叶,是指桨叶的主要排液方向与搅拌轴垂直。

     

带有“Sabre"形状叶片的搅拌桨,搅拌能耗量小,产生的流动为主导轴向型,确保非常有效的水泵效应,这种搅拌桨叶对大多数应用均非常理想,特别是那些需要高速低能耗的场合。例如:液-固悬浮,低速时产生非常弱或中等水平扰动,适用于低剪切系数的絮凝混合。

       带有450倾斜平板叶片的轴向搅拌桨,对中小体积的搅拌最为经济。这种搅拌桨叶产生的流动为主导轴向型带径向流,产生剪切扰动。在不粘的介质中被用于进行悬浮或热交换。倾斜的桨叶低速运转,产生较高的扰动。这种基本搅拌桨叶通常对一些简单搅拌应用有效。

                            

          

       螺旋推进式型桨叶,对小体积的搅拌最为经济。用于固体、混合物、乳液的传统桨叶,产生中等水平扰动。由于重量原因,这种桨叶仅用小直径,经常用高速运行(电机直接驱动)。

       在无粘性的介质中,适合于气-液交换及热交换产生径向流,具高抗动性和高能耗,专用于特殊应用。

三、流体搅拌基本原理及参数  

搅拌机是由多个参数决定的,用任何一个单一参数来描述一台搅拌机是不可能的。轴功率(P)、桨叶排液量  (Q)、压头  (H)、桨叶直径  (D)及搅拌转速  (N)是描述一台搅拌机的五个基本参数。

  

       桨叶的排液量与桨叶本身的流量准数,桨叶转速的一次方及桨叶直径的三次方成正比。而搅拌消耗的轴功率则与流体比重,桨叶本身的功率准数,转速的三次方及桨叶直径的五次方成正比。  

在一定功率及桨叶形式情况下,桨叶排液量(Q)以及压头(H)可以通过改变桨叶的直径(D)和转速(N)的匹配来调节,即大直径桨叶配以低转速(保证轴功率不变)的搅拌机产生较高的流动作用和较低的压头,而小直径桨叶配以高转速则产生较高的压头和较低的流动作用。  

在搅拌槽中,要使微团相互碰撞,唯一的办法是提供足够的剪切速率。从搅拌机理看,正是由于流体速度差的存在,才使流体各层之间相互混合,因此,凡搅拌过程总是涉及到流体剪切速率。剪切应力是一种力,是搅拌应用中气泡分散和液滴破碎等的真正原因。必须指出的是,整个搅拌槽中流体各点剪切速率的大小并不是一致的。通过对剪切速率分布的研究表明,在一个搅拌槽中至少存在四种剪切速率数值,它们是:   

实验研究表明,就桨叶区而言,无论何种浆型,当桨叶直径一定时,最大剪切速率和平均剪切速率都随转速的提高而增加。但当转速一定时,最大剪切速率和平均剪切速率与桨叶直径的关系与浆型有关。当转速一定时,径向型桨叶最大剪切速率随桨叶直径的增加而增加,而平均剪切速率与桨叶直径大小无关。这些有关桨叶区剪切速率的概念,在搅拌机缩小及放大设计中需要特别当心。因小槽与大槽相比,小槽搅拌机往往具有高转速(N)、小桨叶直径(D)及低叶尖速度(ND)等特性,而大槽搅拌机往往具有低转速(N)大桨叶直径(D)及高叶尖速度(ND)等特性。

发布日期:2010-04-09  【返回上页】

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