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搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮,是搅拌反应器的关键部位。其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。搅拌器在旋转时把机械能传递给流体,在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区。并产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动。这种循环流动的途径称为流型。是我们日常生活中经常见到的,应用的行业非常广泛。其中以家用类和化工类居多,如:打蛋器、食品搅拌机、面膜搅拌器、混凝土搅拌、脱硫搅拌、沼气发酵罐等等。

搅拌器的选型

  拌装置的设计选型与搅拌作业目的紧密结合。各种不同的搅拌过程需要由不同的搅拌装置运行来实现,在设计选型时首先要根据工艺对搅拌作业的目的和要求,确定搅拌器型式、电动机功率、搅拌速度,然后选择减速机、机架、搅拌轴、轴封等各部件。共具体步骤方法如下:
  1.按照工艺条件、搅拌目的和要求,选择搅拌器型式,选择搅拌器型式时应充分掌握搅拌器的动力特性和搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态与各种搅拌目的的因果关系。
  2.按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态,工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求,通过实验手段和计算机模拟设计,确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。
  3.按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件,从减速机选型表中选择确定减速机机型。如果按照实际工作扭矩来选择减速机,则实际工作扭矩应小于减速机许用扭矩。
  4.按照减速机的输出轴头d和搅拌轴系支承方式选择与d相同型号规格的机架、联轴器
  5.按照机架搅拌轴头do尺寸、安装容纳空间及工作压力、工作温度选择轴封型式
  6.按照安装形式和结构要求,设计选择搅拌轴结构型式,并校检其强度、刚度。
  如按刚性轴设计,在满足强度条件下n/nk≤0.7
  如按柔性轴设计,在满足强度条件下n/nk>=1.3
  7.按照机架的公称心寸DN、搅拌轴的搁轴型式及压力等级、选择安装底盖、凸缘底座或 凸缘法兰
  8.按照支承和抗振条件,确定是否配置辅助支承。
  在以上选型过程中,搅拌装置的组合、配置可参考(搅拌装置设计选择流程示意图),配置过程中各部件之间连接 关键尺寸是轴头尺寸,轴头尺寸一致的各部件原则上可互换、组合。

标记示例

 例直径600mm,轴径40mm的浆式搅拌器,标记为
  搅拌器 600-40, HG5--220--65--5

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)。
  搅拌功率的基本计算方法
  理论上虽然可将搅拌功率分为搅拌器功率和搅拌作业功率两个方面考虑,但在实践中一般只考虑或主要考虑搅拌器功率,因搅拌作业功率很难予以准确测定,一般通过设定搅拌器的转速来满足达到所需的搅拌作业功率。从搅拌器功率的概念出发,影响搅拌功率的主要因素如下。
  ① 搅拌器的结构和运行参数,如搅拌器的型式、桨叶直径和宽度、桨叶的倾角、桨叶数量、搅拌器的转速等。
  ② 搅拌槽的结构参数,如搅拌槽内径和高度、有无挡板或导流筒、挡板的宽度和数量、导流筒直径等。
  ③ 搅拌介质的物性,如各介质的密度、液相介质黏度、固体颗粒大小、气体介质通气率等。
  由以上分析可见,影响搅拌功率的因素是很复杂的,一般难以直接通过理论分析方法来得到搅拌功率的计算方程。因此,借助于实验方法,再结合理论分析,是求得搅拌功率计算公式的惟一途径。
  由流体力学的纳维尔-斯托克斯方程,并将其表示成无量纲形式,可得到无量纲关系式(11-14)。
  Np=P/ρN?dj5=f(Re,Fr)
  式中Np——功率准数
  Fr——弗鲁德数,Fr=N?dj/g;
  P——搅拌功率,W。
  式(11-14)中,雷诺数反映了流体惯性力与粘滞力之比,而弗鲁德数反映了流体惯性力与重力之比。实验表明,除了在Re﹥300的过渡流状态时,Fr数对搅拌功率都没有影响。即使在Re﹥300的过渡流状态,Fr数对大部分的搅拌桨叶影响也不大。因此在工程上都直接把功率因数表示成雷诺数的函数,而不考虑弗鲁德数的影响。
  由于在雷诺数中仅包含了搅拌器的转速、桨叶直径、流体的密度和黏度,因此对于以上提及的其他众多因素必须在实验中予以设定,然后测出功率准数与雷诺数的关系。由此可以看到,从实验得到的所有功率准数与雷诺数的关系曲线或方程都只能在一定的条件范围内才能使用。最明显的是对不同的桨型,功率准数与雷诺数的关系曲线是不同的,它们的Np-Re关系曲线也会不同。

搅拌器的类型

  1.旋浆式搅拌器
  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。旋浆式搅拌器主要造成轴向流,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。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,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的牛顿性流体和拟塑性流体(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
  框式搅拌器为低速径流型,各种形式的框式搅拌器能适应各种几何形状的容器,搅拌时以水平环向流为主,不同位置的横梁和竖杆可以增加桨叶附近的涡流、扩大搅拌范围,一般在层流状态工作,适用于低粘度液位任意变动或中、高粘度的混合、传热、溶解、非均匀相的传质、反应操作。
  6.框式搅拌器
  框式搅拌器为低速径流型,各种形式的框式搅拌器能适应各种几何形状的容器,搅拌时以水平环向流为主,不同位置的横梁和竖杆可以增加桨叶附近的涡流、扩大搅拌范围,一般在层流状态工作,适用于低粘度液位任意变动或中、高粘度的混合、传热、溶解、非均匀相的传质、反应操作。
  7.侧入式搅拌器
  侧入式搅拌机是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上,搅拌机上的搅拌器通常采用轴流型,以推进式搅拌器为多,在消耗同等功率情况下,能得到的搅拌效果,功率消耗仅为顶搅拌的1/3~2/3,成本仅为顶搅拌的1/4~1/3。转速可在200~750r/min。
  广泛用于脱硫、除硝以及各种大型贮罐或贮槽的搅拌。特别是在大型贮槽或贮罐中利用一台或多台侧入式搅拌机一起工作,在消耗低能耗的情况下便可以得到良好的搅拌效果。

搅拌器设计步骤

  1.根据用户的工艺要求以及搅拌器标准选择合适类型的搅拌器,并根据介质的PH值及反应过程中的温度变化情况选择合适的材质。
  2.根据搅拌罐的尺寸和搅拌器类型确定搅拌器旋转直径,根据叶端线速度要求确定搅拌速度。
  3.根据搅拌介质的粘度、密度、旋转直径及转速确定雷洛数,进而获取搅拌器功率准数。
  4.结合(3)中所得数据运用搅拌功率计算公式算出搅拌功率P=Pn*ρn3d5。计算搅拌轴的扭矩,根据电机功率和转速选择合适的减速机及机架、联轴器、搅拌轴径。

搅拌器使用维护

  1、正确放置装液试瓶(或其他器皿)。
  2、调整、校准搅拌棒在溶液中的工作深度,并装夹。
  3、接通外电源,合上电源开关,指示灯亮。
  4、选择定时,根据恒速表使用说明书,设定所需时间。
  5、工作完毕,关闭电源开关,切断电源。
  6、将搅拌棒擦拭干净,其上不允许有水滴、污物残留

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