






高黏度流体搅拌器的设计要素
高黏度流体的搅拌器设计,一直是搅拌混合领域中一个很重要的课题。
在我们用多种叶轮对高黏度牛顿流体以及非牛顿流体的混合进行了试验后发现,一个的高黏度液体搅拌器,至少具备两个条件:1.叶轮能提供强有力的剪切,这是减小浓度斑尺寸即分离尺寸的---条件,如前所述,只有浓度斑足够小,才能产生大面积的界面,促进分子扩散,从而快速达到分子级的混合效果,例如螺带式叶轮和锚式叶轮,通常其d/d都在0.9/0,97左右,即都是所谓近壁型叶轮,在叶轮端部与罐壁之间会产生---的剪切,在此消耗了搅拌功率的90%左右。2.由于高剪切区总是只占有罐体积的一小部分,因此只有叶轮能使液体在罐内进行快速的循环,使高剪切区和低剪切区的液体快速交换,才能使全罐快速地达到均匀混合。
长久以来,业内存在这样一种观点,对于近壁型搅拌器,其剪切总是足够的,决定搅拌器混合能力的是叶轮的循环能力,并且还认为要达到全罐均匀混合,液体至少要在罐内循环三次。因此,哪种叶轮能以短时间完成三次循环,那一种叶轮便是混合速率快的叶轮。这一结论,长时间以来被应用在搅拌器的设计中。然而近年来一些具有复杂传动机构的搅拌器,如在回转的同时进行上、下移动的复动搅拌器和使叶轮往复摆动的往复式搅拌器等,此类搅拌器会产生速度脉动,此类速度脉动,反应罐搅拌器,我们可以将其理解为液体在一定方向上的周期性的较为激烈的变化,防腐搅拌器,事实证明速度脉动对于促进混合有很大作用。速度脉动原来是湍流操作特有的现象,然而,复动式搅拌器和往复式搅拌器以其上、下往复运动或正、反转运动,在高黏度液体中产生了强的速度脉动,从而获得了高的混合效率。因此可以将剪切、循环和速度脉动归结为快速混合的二要素。这二要素是开发新型高黏度液体搅拌器的依据。


搅拌器悬浮临界转速的确定
所谓悬浮临界转速,是指搅拌釜内悬浮操作达到某一的悬浮状态时,搅拌器转速的小值。只有确定了搅拌器临界转速,才能计算出过程所需要的小功率。 (1)完全离底悬浮的临界转速,搅拌器的完全离底悬浮临界转速常用直接观察法和电导法测定。
直接观察法是用肉眼观察搅拌釜底颗粒运动状态,当颗粒全部处于运动时,且颗粒在釜底停留(静止)时间不超过1~2s,即认为达到了完全离底悬浮。此法用于实验室研究能够得到满意的结果。
电导法是在釜底安装多个电导元件,根据电信号的变化,确定完全离底悬浮临界转速。此法可用于不透明釜体的测量上。
在固-液悬浮操作中,对完全离底悬浮的研究较多,也发表了不少有关搅拌器临界转速的关联式。
zwietering通过大量的研究发现,关联式要依据搅拌釜结构尺寸、固相浓度、液体黏度、固体颗粒粒径、固-液两相密度差等影响悬浮操作的主要因素。
(2)均匀悬浮临界转速,均匀悬浮临界转速的确定,常用的方法是通过测釜内各点的固相浓度,根据釜内固相浓度分布的均匀度来判断。
一般情况下,釜内很难达到均匀悬浮,典型的固体颗粒沿釜深浓度分布如上图所呈,在低转速下,浓度分布不均匀,釜上部浓度低于平均浓度,釜下部浓度高予平均浓度。随着搅拌器转速的增加,浓度分布趋于均匀。当转速增加到一定程度,浓度均匀性不再增加,沿液面---始终存在有一定的浓度差,中卫搅拌器,而且从釜中可明显地看出沿液深总有一高浓度区。



往复式三角形搅拌器叶轮介绍
通常的搅拌器总是向一个方向旋转,罐内无挡板时,液体的流动也是向一个方向进行回转运动。这时由于不能产生有效的剪切和上下循环,混合效果不佳。一般为避免此缺点,要在罐内装置挡板。然而,有些流体要附着到挡板上,要清除这些附着物相当麻烦。理想的情况是既能不设挡板,又能获得足够大的剪切和循环。能满足这个要求的是往复式搅拌器,它不用复杂的电气变换部分,仅用一个特殊设计的传动机构能够使搅拌器单方向回转变成每次进行90度往复的运动。这种搅拌器需与具有三角形截面的叶轮配合使用。 三角形叶轮进行水平左右往复转动,使互相逆向的轴向流桨式叶轮交替地进行正反转,液体朝三角形顶角的方向流动,即三角形顶角向上,则液体向,顶角向下,则把液体向下压。通常这种三角形叶轮二枚成一对,互相交叉90度安装,下层的顶角朝下,上层的顶角朝上,往复式搅拌器的整体情况如图。搅拌时,下层叶的可动范围内液体向下压出,直达罐底,并通过下层叶的不动部分折回,向上升,刚好这时因为上层叶的顶角向上,则使液体进一步往上升。上升流直至液体的自由表面,并通过上层叶的不动部分折回,往下降,这里又由于下层叶的顶角而向下,便使液体继续往下降。这样使罐内液体产生有效地上下循环流动,这时叶轮还进行着水平剪切运动,因此往复式搅拌器中的三角形叶轮亦是属于剪切-循环---型的。由于三角形叶片的根部粗,端部细,所以,叶径也可做得较大,通常叶径与罐径比为0.65~0.95。
往复式搅拌器可用于使橡胶块在中溶解和使黏土、陶土块在水中分散那样需要高剪切的场合,并且它还能使溶解后的高浓度、高黏度液体进行充分地循环流动。还有,在搅拌纸浆和玻璃纤维时,若用单方向回转的三角形搅拌器,衬塑搅拌器,则纤维互相缠结形成大块,而用往复式三角形搅拌器时则缠结不会发生。即使是高浓度的纸浆,由于可使用大的叶径,仍可没有停滞地进行搅拌。
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