機械攪拌

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正文

依靠攪拌器在攪拌槽中轉動對液體進行攪拌，是化工生產中將氣體、液體或固體顆粒分散於液體中的常用方法。
工業上常用的攪拌槽是一個圓筒形容器（圖1），有時槽外裝有夾套，或在槽內設有蛇管等換熱器件，用以加熱或冷卻槽內物料。槽壁內側常裝有幾條垂直擋板，用以消除液體高速鏇轉所造成的液面凹陷鏇渦，並可強化液流的湍動，以增強混合效果。攪拌器一般裝在轉軸端部，通常從槽頂插入液層（大型攪拌槽也有用底部伸入式的）。有時在攪拌器外圍設定圓筒形導流筒,促進液體循環,消除短路和死區。對於高徑比大的槽體，為使全槽液體都得到良好攪拌，可在同一轉軸上安裝幾組攪拌器。攪拌器軸用電動機通過減速器帶動。如果過程中物料性質有變化，最好能用多級變速或無級變速。帶動攪拌器的另一種方法是磁力傳動，即在槽外施加鏇轉磁場,使設在槽內的磁性元件鏇轉,帶動攪拌器攪拌液體。採用磁力傳動可迴避高壓動密封，氣密性很好。
攪拌器的類型　主要有下列幾種：
①鏇槳式攪拌器　由2～3片推進式螺鏇槳葉構成(圖2)，工作轉速較高,葉片外緣的圓周速度一般為5～15m/s。鏇槳式攪拌器主要造成軸向液流，產生較大的循環量，適用於攪拌低粘度 (＜2Pa·s)液體、乳濁液及固體微粒含量低於10％的懸浮液。攪拌器的轉軸也可水平或斜向插入槽內，此時液流的循環迴路不對稱，可增加湍動，防止液面凹陷。

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②渦輪式攪拌器　由在水平圓盤上安裝2～4片平直的或彎曲的葉片所構成（圖3）。槳葉的外徑、寬度與高度的比例，一般為20:5:4，圓周速度一般為 3～8m/s。渦輪在鏇轉時造成高度湍動的徑向流動，適用於氣體及不互溶液體的分散和液液相反應過程。被攪拌液體的粘度一般不超過25Pa·s。

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③槳式攪拌器　有平槳式和斜槳式兩種。平槳式攪拌器由兩片平直槳葉構成。槳葉直徑與高度之比為 4～10,圓周速度為1.5～3m/s，所產生的徑向液流速度較小。斜槳式攪拌器（圖4）的兩葉相反折轉45°或60°，因而產生軸向液流。槳式攪拌器結構簡單，常用於低粘度液體的混合以及固體微粒的溶解和懸浮。

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④錨式攪拌器　槳葉外緣形狀與攪拌槽內壁要一致（圖5），其間僅有很小間隙,可清除附在槽壁上的粘性反應產物或堆積於槽底的固體物，保持較好的傳熱效果。槳葉外緣的圓周速度為0.5～1.5m/s,可用於攪拌粘度高達 200Pa·s的牛頓型流體和擬塑性流體（見粘性流體流動。唯攪拌高粘度液體時，液層中有較大的停滯區。

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⑤螺帶式攪拌器　螺帶的外徑與螺距相等(圖6),專門用於攪拌高粘度液體(200～500Pa·s)及擬塑性流體，通常在層流狀態下操作。

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攪拌功率　攪拌器向液體輸出的功率P,按下式計算：

P＝Kd5N3ρ

式中K為功率準數，它是攪拌雷諾數Rej(Rej=d2Nρ/μ)的函式；d和N 分別為攪拌器的直徑和轉速；ρ和μ分別為混合液的密度和粘度。對於一定幾何結構的攪拌器和攪拌槽,K與Rej的函式關係可由實驗測定，將這函式關係繪成曲線，稱為功率曲線（圖7）。

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攪拌器的類型、尺寸及轉速，對攪拌功率在總體流動和湍流脈動之間的分配都有影響。一般說來，渦輪式攪拌器的功率分配對湍流脈動有利，而鏇槳式攪拌器對總體流動有利。對於同一類型的攪拌器來說，在功率消耗相同的條件下，大直徑、低轉速的攪拌器，功率主要消耗於總體流動，有利於巨觀混合。小直徑、高轉速的攪拌器，功率主要消耗於湍流脈動，有利於微觀混合。攪拌器的放大是與工藝過程有關的複雜問題，至今只能通過逐級經驗放大，根據取得的放大判據，外推至工業規模。

配圖

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