高黏度流體攪拌器的設(shè)計(jì)要素

高黏度流體的攪拌器設(shè)計(jì)，一直是攪拌混合領(lǐng)域中一個(gè)很重要的課題。

在我們用多種葉輪對(duì)高黏度牛頓流體以及非牛頓流體的混合進(jìn)行了試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，一個(gè)的高黏度液體攪拌器，至少具備兩個(gè)條件：1.葉輪能提供強(qiáng)有力的剪切，這是減小濃度斑尺寸即分離尺寸的必要條件，如前所述，只有濃度斑足夠小，才能產(chǎn)生大面積的界面，促進(jìn)分子擴(kuò)散，從而快速達(dá)到分子級(jí)的混合效果，例如螺帶式葉輪和錨式葉輪，通常其d/D都在0.9/0，97左右，即都是所謂近壁型葉輪，化工攪拌器，在葉輪端部與罐壁之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切，在此消耗了攪拌功率的90%左右。2.由于高剪切區(qū)總是只占有罐體積的一小部分，因此只有葉輪能使液體在罐內(nèi)進(jìn)行快速的循環(huán)，使高剪切區(qū)和低剪切區(qū)的液體快速交換，脫硫攪拌器，才能使全罐快速地達(dá)到均勻混合。

長(zhǎng)久以來(lái)，業(yè)內(nèi)存在這樣一種觀點(diǎn)，對(duì)于近壁型攪拌器，其剪切總是足夠的，決定攪拌器混合能力的是葉輪的循環(huán)能力，并且還認(rèn)為要達(dá)到全罐均勻混合，液體至少要在罐內(nèi)循環(huán)三次。因此，哪種葉輪能以短時(shí)間完成三次循環(huán)，那一種葉輪便是混合速率快的葉輪。這一結(jié)論，長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)被應(yīng)用在攪拌器的設(shè)計(jì)中。然而近年來(lái)一些具有復(fù)雜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的攪拌器，防腐攪拌器，如在回轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行上、下移動(dòng)的復(fù)動(dòng)攪拌器和使葉輪往復(fù)擺動(dòng)的往復(fù)式攪拌器等，此類攪拌器會(huì)產(chǎn)生速度脈動(dòng)，此類速度脈動(dòng)，我們可以將其理解為液體在一定方向上的周期性的較為激烈的變化，事實(shí)證明速度脈動(dòng)對(duì)于促進(jìn)混合有很大作用。速度脈動(dòng)原來(lái)是湍流操作特有的現(xiàn)象，然而，復(fù)動(dòng)式攪拌器和往復(fù)式攪拌器以其上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)或正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在高黏度液體中產(chǎn)生了強(qiáng)的速度脈動(dòng)，從而獲得了高的混合效率。因此可以將剪切、循環(huán)和速度脈動(dòng)歸結(jié)為快速混合的二要素。這二要素是開發(fā)新型高黏度液體攪拌器的依據(jù)。

攪拌器機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)

機(jī)械密封是攪拌器中為常用的一類密封裝置，沒有之一。機(jī)械密封把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為徑向，通過(guò)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)兩個(gè)端面的相互貼合，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)密封效果的機(jī)械裝置，所以又稱為端面密封。

機(jī)械密封具有功耗小，泄漏率低，密封，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)需經(jīng)常維修，且能滿足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和高壓、高溫、低溫、真空、高速以及各種、、腐蝕性、磨蝕性介質(zhì)和含固體顆粒介質(zhì)的密封要求。

與填料密封相比，機(jī)械密封還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①密封可靠，在攪拌器的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中密封狀態(tài)穩(wěn)定，泄漏量很小，其泄漏量?jī)H為填料密封的1%左右。

②使用壽命長(zhǎng)，在油、水介質(zhì)中一般可達(dá)1～2年或更長(zhǎng)，在化工介質(zhì)中一般能工作半年以上，我們通常會(huì)根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性等特性來(lái)選擇合適的金屬材料有針對(duì)性來(lái)制作機(jī)械密封，所以，在實(shí)際的攪拌器生產(chǎn)中，一般是要長(zhǎng)于這個(gè)使用壽命的。

③摩擦功率消耗低，其摩擦功率僅為填料密封的10%～50%，由于密封的原理不同，填料密封往往是通過(guò)加大填料和軸的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)密封的，所以在降低功耗方面機(jī)械密封優(yōu)勢(shì)十分明顯。

④軸或軸套基本上不磨損。

⑤維修周期長(zhǎng)，端面磨損后可自動(dòng)補(bǔ)償，一般情況下不需經(jīng)常性維修。

⑥抗振性好，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)、偏擺以及軸對(duì)密封腔的偏斜不敏感。

⑦適用范圍廣，能用于高溫、低溫、高壓、真空、不同的攪拌器旋轉(zhuǎn)頻率，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封。

攪拌器中的流型流場(chǎng)介紹

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)，攪拌將產(chǎn)生三種基本流型：1.切向流；2.軸向流；3.徑向流。上述三種基本流型，通常可能同時(shí)存在。其中，軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用，撫州攪拌器，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。

在無(wú)擋板的攪拌容器中，攪拌器偏心安裝可以獲得較好的攪拌效果。而在大型油釜中，若采用攪拌器側(cè)面插入安裝方式，通常可獲得較好的釜內(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。

攪拌器內(nèi)進(jìn)行的是三維流動(dòng)，且流動(dòng)具有隨機(jī)性，因而其流動(dòng)狀況非常復(fù)雜：對(duì)這種流動(dòng)的研究方法有兩種，即試驗(yàn)測(cè)量方法與數(shù)值模擬法。

流場(chǎng)的測(cè)量通常采用畢托管法、熱線流速計(jì)法、照相法、激光多普測(cè)速儀法和圖像分析法等測(cè)速技術(shù)，可測(cè)出攪拌器內(nèi)任意點(diǎn)的時(shí)均速度與脈動(dòng)速度。然后以描述湍 流的雷諾方程為基礎(chǔ)，加上不同的方程封閉假定與過(guò)程的簡(jiǎn)化假定，求解雷諾方程。可從理論上計(jì)算攪拌釜內(nèi)各點(diǎn)的速度：對(duì)釜內(nèi)各點(diǎn)的時(shí)均速度與脈動(dòng)速度數(shù)據(jù)加以處理，可獲得攪拌釜內(nèi)的流型、速度分布、剪切速率分布、能耗速率分布等重要的流體力學(xué)特征量：

流場(chǎng)數(shù)值模擬測(cè)量攪拌器內(nèi)的流場(chǎng)的試驗(yàn)裝置一般都很昂貴，且流場(chǎng)的測(cè)量是相當(dāng)費(fèi)時(shí)的，故對(duì)于攪拌器往往只能實(shí)驗(yàn)地獲得局部流場(chǎng)信息。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 的進(jìn)步，用計(jì)算流體力學(xué)的方法對(duì)攪拌器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬的研究越來(lái)越多，從高黏層藏到低黏湍流，從兩維流場(chǎng)到三維流場(chǎng)都開展了大量研究計(jì)算。目前，已能對(duì)簡(jiǎn)單的攪拌器和流變行為簡(jiǎn)單的液體所形成的流動(dòng)場(chǎng)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。