机械搅拌

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[外文]：mechanicalagitation依靠搅拌器在搅拌槽中转动对液体进行搅拌，是化工生产中将气体、液体或固体颗粒分散于液体中的常用方法。工业上常用的搅拌槽是一个圆筒形容器（图1），有时槽外装有夹套，或在槽内设有蛇管等换热器件，用以加热或冷却槽内物料。槽壁内侧常装有几条垂直挡板，用以消除液体高速旋转所造成的液面凹陷旋涡，并可强化液流的湍动，以增强混合效果。搅拌器一般装在转轴端部，通常从槽顶插入液层（大型搅拌槽也有用底部伸入式的）。有时在搅拌器外围设置圆筒形导流筒，促进液体循环，消除短路和死区。对于高径比大的槽体，为使全槽液体都得到良好搅拌，可在同一转轴上安装几组搅拌器。搅拌器轴用电动机通过减速器带动。如果过程中物料性质有变化，最好能用多级变速或无级变速。带动搅拌器的另一种方法是磁力传动，即在槽外施加旋转磁场，使设在槽内的磁性元件旋转，带动搅拌器搅拌液体。采用磁力传动可回避高压动密封，气密性很好。搅拌器的类型主要有下列几种：（1）旋桨式搅拌器　由2～3片推进式螺旋桨叶构成(图2)，工作转速较高，叶片外缘的圆周速度一般为5～15m/s。旋桨式搅拌器主要造成轴向液流，产生较大的循环量，适用于搅拌低粘度(＜2Pa·s)液体、乳浊液及固体微粒含量低于10％的悬浮液。搅拌器的转轴也可水平或斜向插入槽内，此时液流的循环回路不对称，可增加湍动，防止液面凹陷。（2）涡轮式搅拌器　由在水平圆盘上安装2～4片平直的或弯曲的叶片所构成（图3）。桨叶的外径、宽度与高度的比例，一般为20:5:4，圆周速度一般为3～8m/s。涡轮在旋转时造成高度湍动的径向流动，适用于气体及不互溶液体的分散和液液相反应过程。被搅拌液体的粘度一般不超过25Pa·s。（3）桨式搅拌器　有平桨式和斜桨式两种。平桨式搅拌器由两片平直桨叶构成。桨叶直径与高度之比为4～10，圆周速度为1.5～3m/s，所产生的径向液流速度较小。斜桨式搅拌器（图4）的两叶相反折转45°或60°，因而产生轴向液流。桨式搅拌器结构简单，常用于低粘度液体的混合以及固体微粒的溶解和悬浮。（4）锚式搅拌器　桨叶外缘形状与搅拌槽内壁要一致（图5），其间仅有很小间隙，可清除附在槽壁上的粘性反应产物或堆积于槽底的固体物，保持较好的传热效果。桨叶外缘的圆周速度为0.5～1.5m/s，可用于搅拌粘度高达200Pa·s的牛顿型流体和拟塑性流体（见粘性流体流动。唯搅拌高粘度液体时，液层中有较大的停滞区。（5）螺带式搅拌器　螺带的外径与螺距相等(图6)，专门用于搅拌高粘度液体(200～500Pa·s)及拟塑性流体，通常在层流状态下操作。搅拌功率搅拌器向液体输出的功率P，按下式计算：P＝Kd5N3ρ式中K为功率准数，它是搅拌雷诺数Rej(Rej=d2Nρ/μ)的函数；d和N分别为搅拌器的直径和转速；ρ和μ分别为混合液的密度和粘度。对于一定几何结构的搅拌器和搅拌槽，K与Rej的函数关系可由实验测定，将这函数关系绘成曲线，称为功率曲线（图7）。搅拌器的类型、尺寸及转速，对搅拌功率在总体流动和湍流脉动之间的分配都有影响。一般说来，涡轮式搅拌器的功率分配对湍流脉动有利，而旋桨式搅拌器对总体流动有利。对于同一类型的搅拌器来说，在功率消耗相同的条件下，大直径、低转速的搅拌器，功率主要消耗于总体流动，有利于宏观混合。小直径、高转速的搅拌器，功率主要消耗于湍流脉动，有利于微观混合。搅拌器的放大是与工艺过程有关的复杂问题，至今只能通过逐级经验放大，根据取得的放大判据，外推至工业规模。