槳式和渦輪式攪拌器傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式

早的攪拌罐傳熱關(guān)聯(lián)式是由Chilton于1944年提出的，對(duì)于使用單層平槳、并有碟形封頭的圓筒形攪拌罐，其被攪拌液體對(duì)罐壁和內(nèi)冷盤(pán)管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式分別如下：

以后許多研究者改變攪拌器的形狀和相對(duì)尺寸進(jìn)行傳熱研究，提出了很多攪拌罐傳熱關(guān)聯(lián)式，由于一個(gè)關(guān)聯(lián)式只對(duì)應(yīng)于一個(gè)幾何構(gòu)形，這些關(guān)聯(lián)式不便使用。

20世紀(jì)60年代中至70年代初日本的水科篤郎和永田進(jìn)治等提出了包含多種槳型和多個(gè)尺寸參數(shù)的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)式，如永田對(duì)于槳式和渦輪式兩種葉輪，且罐內(nèi)有擋板而無(wú)內(nèi)冷管的情況，并Re大于100。得如下關(guān)聯(lián)式：

對(duì)于罐內(nèi)無(wú)擋板而有內(nèi)冷盤(pán)管的情況，則物料對(duì)罐壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式為：

當(dāng)除去內(nèi)冷管時(shí)，上料罐攪拌器，則須將上式的系數(shù)由0.51改成0.54。產(chǎn)生這6%的差別是由于內(nèi)冷盤(pán)管的遮蔽效應(yīng)。

永田也得出在Re>200，2上式中包含了葉輪的多個(gè)幾何參數(shù)，如葉徑6、罐徑D、葉輪離罐底度c、葉片傾角、葉片數(shù)孔。和液高等，大大拓寬了公式的適用范圍。

20世紀(jì)70年代，日本的佐野雄二等對(duì)于槳式、渦輪式葉輪在湍流域的場(chǎng)合，進(jìn)一步建立了罐內(nèi)液體的單位質(zhì)量攪拌功率ε與液體對(duì)罐壁和內(nèi)玲管壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的聯(lián)系，得到了適用性廣、且形式更簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)式：

式中，為被攪液對(duì)夾套的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)．W/(㎡.K)；c為被攪液對(duì)內(nèi)冷管壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)．W／(㎡.K)；dc為內(nèi)冷管外徑．m；ε為單位質(zhì)量被攪液消耗的攪拌功率，W/kg；v為被攪液運(yùn)動(dòng)黏度.㎡/s。

式(5- 17)計(jì)算物件時(shí)須以流體的本體溫度和壁溫的算術(shù)平均值作定性溫度。

攪拌器內(nèi)的流型取決于攪拌方式，攪拌器、釜、擋板等的幾何特征，流體性質(zhì)以及轉(zhuǎn)速等因素。在一般情況下，攪拌軸安裝在釜中心時(shí)，將產(chǎn)生三種基本流型：1 切向流2 軸向流（圖中b， c）3 徑向流（圖中a， d， e， f）。上述三種基本流型，可能同時(shí)存在。

其中，軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用，而切向流應(yīng)加以抑制，可通過(guò)加入擋板削弱切向流，以增強(qiáng)軸向流與徑向流。不同的槳型和槳徑對(duì)流型有重要的影響，如下圖所示。圖中b，浙江攪拌器，c為軸向流，不銹鋼攪拌器，但是采用大直徑的PBT槳葉或者流體粘度增大會(huì)使流型轉(zhuǎn)變成徑向流。另外，采用多層PBT槳也會(huì)使各槳葉產(chǎn)生單獨(dú)的徑向流。

具體到攪拌器型號(hào)上，推進(jìn)式攪拌器是軸流型的代表，平直葉圓盤(pán)渦輪攪拌器是徑流型的代表，而斜葉渦輪攪拌器是混合流型的代表，中間池?cái)嚢杵鳎?/p>

以上都是攪拌器在中心線安裝的流型，可是當(dāng)物料粘度不大，攪拌器在中心線安裝有時(shí)會(huì)造成打旋現(xiàn)象，形成漩渦后會(huì)大大降低混合效果。解決方法有很多：可以改變攪拌器直徑，也可考慮安裝擋板，在無(wú)擋板的攪拌容器中，攪拌器偏心安裝也可以獲得較好的攪拌效果，另外導(dǎo)流筒、內(nèi)盤(pán)管等附件也可以起到擋板的效果。而在大型油釜中，一般采用側(cè)面插入安裝方式，通常也可獲得較好的釜內(nèi)整體循環(huán)。該場(chǎng)合若采用側(cè)面射流混合方式，也可得到相似的混合效果，安裝方式方面還有傾斜安裝方式。

我們先來(lái)看看刮壁式攪拌釜結(jié)構(gòu)。

說(shuō)到刮壁式攪拌釜結(jié)構(gòu)，我想起來(lái)今年年初的一個(gè)化工攪拌器的設(shè)計(jì)，攪拌釜為日本生產(chǎn)順丁橡膠的C&R式反應(yīng)器，采用螺帶-導(dǎo)流筒式攪拌器，設(shè)有三重刮壁機(jī)構(gòu)，即在導(dǎo)流筒內(nèi)壁面、導(dǎo)流筒外壁面和攪拌器的內(nèi)壁面都裝有刮壁機(jī)構(gòu)，使流體在導(dǎo)流筒內(nèi)部產(chǎn)生很強(qiáng)的循環(huán)。當(dāng)然，那種設(shè)計(jì)并不是，也可將化工攪拌器由螺帶式攪拌器換成螺桿式攪拌器，以強(qiáng)制流體在導(dǎo)流筒內(nèi)、外進(jìn)行循環(huán)。

對(duì)于刮壁式攪拌釜來(lái)說(shuō)，刮板的形狀與攪拌功率和傳熱效率之間有直接關(guān)系。當(dāng)攪拌釜需要通過(guò)夾套撤除聚合熱時(shí)，理想的刮壁作用是刮板將其刀口前面貼近傳熱壁面的冷流體刮起，并與攪拌釜中部的熱流體均勻混合。我們?cè)O(shè)計(jì)并研究了多種形狀刮板的傳熱效果如下圖所示。研究結(jié)果表明，B結(jié)構(gòu)的傳熱效率好。

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