搅拌桨叶的选型和设计计算

第二节搅拌桨叶的设计和选型一、搅拌机结构与组成组成：搅拌器电动机减速器容器排料管挡板适用物料：低粘度物料二、混合机理利用低粘度物料流动性好的特性实现混合1、对流混合在搅拌容器中，通过搅拌器的旋转把机械能传给液体物料造成液体的流动，属强制对流。包括两种形式：（1）主体对流：搅拌器带动物料大范围的循环流动（2）涡流对流：旋涡的对流运动液体层界面强烈剪切旋涡扩散主体对流宏观混合涡流对流2、分子扩散混合液体分子间的运动微观混合作用：形成液体分子间的均匀分布对流混合可提高分子扩散混合3、剪切混合剪切混合：搅拌桨直接与物料作用，把物料撕成越来越薄的薄层，达到混合的目的。高粘度过物料混合过程，主要是剪切作用。电动机减速器搅拌器容器排料管电动机减速器搅拌器容器排料管对流混合速度取绝被混合物料的湍动程度，湍动程度混合速度三、混合效果的度量1、调匀度I设A、B两种液体，各取体积vA及vB置于一容器中，ABABabABABab则容器内液体A的平均体积浓度CA0为：（理论值）经过搅拌后，在容器各处取样分析实际体积浓度CA，比较CA0、CA，若各处CA0=CA则表明搅拌均匀若各处CA0=CA则表明搅拌尚不均匀，偏离越大，均匀程度越差。引入调匀度衡量样品与均匀状态的偏离程度定义某液体的调匀度I为：（当样品中CACA0时）或（当样品中CACA0时）显然I≤1若取m个样品，则该样品的平均调匀度为当混合均匀时2、混合尺度设有A、B两种液体混合后达到微粒均布状态。BAAAVVVC00AACCI011AACCImIIIIm211IABAB（a）（b）ABAB（a）（b）ABAB（a）（b）混合尺度分设备尺度微团尺度分子尺度对上述两种状态：在设备尺度上：两者都是均匀的（宏观均匀状态）在微团尺度上：两者具有不同的均匀度。在分子尺度上：两者都是不均匀的（当微团消失，称分子尺度的均匀或微观均匀）如取样尺寸远大于微团尺寸，则两种状态的平均调匀度接近于己于1。如取样尺寸小到与b中微团尺寸相近时，则b状态调匀度下降，而a状态调匀度不变。即：同一个混合状态的调匀度随所取样品的尺寸而变化，说明单平调匀度不能反映混合物的均匀程度四、搅拌机主要结构1、搅拌器搅拌器由电动机带动，物料按一定规律运动（主体对流），桨型不同，物料产生的流型不同。桨作用于物料，物料产生三个方向的速度分量：轴向分量经向分量切向分量当，桨对中安装，n。液体绕轴整体旋转，不利于混合。（1）旋桨式搅拌器类似于无壳的轴流泵结构：④dj=（0.2~0.5)D(0.33居多)dj：L：b=20：5：4⑤适合混合中低粘度的物料，≤5000cu=4~8m/sn=10~300r.p.m。⑥回路较曲折，出口速度大，湍动程度强，剪切力大，可将微团细化。特点：①流型：径向流型伴有轴向流切向流②有两个回路③易产生“分层效应”（不适于混合含有较重固体颗粒悬浮液）特点：a、流型：轴流型，以轴流混合为主，伴有切向流，经向流，湍动程度不高。b、循环量大，适用于宏观混合c、适用低粘度物料混合，≤2000cp。d、桨转速较高，圆周速度u=5~15m/sn=100~500rpme、dj=(0.2~0.5)D(以0.33居多)（2）涡轮式搅拌器相似于无壳的离心泵组成：圆盘、轴、叶片（4~8）（3）桨式搅拌器当搅拌器提供的机械能因粘性阻力而消耗湍动程度主体流动范围例：同一规格的涡轮式搅拌器，混合不同粘度的物料，混合效果差别很大。结构：水的搅动范围为4D当＞5000cp时，其搅动范围为0.5D，离桨较远处流体流动缓慢，甚至静止，混合效果不佳。∴当时，应采用Dn的桨桨式搅拌器特点：①桨叶尺寸大,dj/D=0.5~0.8宽度大,b：dj=0.1~0.25②转速低,u=1.5~2m/s;n=1~100rpm③流型：径向流切向流桨叶倾斜，可产生小范围轴向流④适合低粘度物料μ＞5000CP⑤当容器内液位较高时，可在同一轴上安装几个桨叶。（4）锚删式搅拌器结构：2、搅拌容器形状：敞开式封闭式锥型底圆弧底圆弧底：有利于产生流型，加速混合，没有死角，功耗低。锥型底：有利于底部排料，流型差，底部易产生停滞现象，均匀程度差。（2）设计容器壁厚按压力容器设计标准及技术条件进行设计。（3）容器容量及结构尺寸①容器长径流比H/D②搅拌容器装料量搅拌容器装满程度用装满系数η表示根据实验一般：H/D=1~3液—固相液—液相H/D=1~2气—液相H/D=1.7~2.5发酵容器HDHDη=Vg/V式中:Vg实际盛装物料的容积V容器全容积η=0.6~0.85如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态η=0.6~0.7(取低值)当物料反映平稳或粘度较大时η=0.8~0.85(取高值)③容器直径与高度确定方法:先初算(忽略封头容积),后较核计算.直径计算:将H/D及V=Vg/η代入注:D应圆整为标准直径容器高度计算:式中:v封头部分容积注:H应圆整校核:H/D及η值是否在推荐范围内3、挡板（1）打漩当被搅拌液料出现沿圆周做整体旋转运动时，这种流动状态叫打旋。（2）打旋的危害①几乎不存在轴向混合，会出现分离现象。②液面下凹，有效容积降低。③当旋涡较深时，会发生从液体表面吸气现象，引起液体密度变化或机械振动。（3）常见消除打旋的方法①偏心安装DHDHDV32443)/(4DHVgDHDvV2424DvVgH②倾斜安装③側壁安装消除打旋最简单常用的方法是在容器内加设挡板（4）挡板的结构与作用结构作用：①消除打旋②将切向流改变为轴向流和径向流③增大液体的湍动程度（5）充分挡板化实践证明：实现充分挡板化的条件为式中：Wb—挡板宽度dj—液轮直径nb—挡板数目通常：是否所有液体搅拌机无论混合物料的粘度多大都应加设挡板？A、低粘度物料，转速较高，桨对中按装时，应加挡板，挡板紧贴内壁。B、中粘度物料，挡板离开壁面安装，防止死区。C、高粘度物料（μ=12000cp）流体粘度足以抑制打旋，可不加挡板35.0.)(2.1bbndjW101djWb4bn4、轴封（1）填料密封特点：①结构简单②成本低③对轴磨损大④摩擦功耗大⑤需经常调解（2）机械密封特点：①密封可靠②对轴无磨损③摩擦功耗小④使用寿命长⑤无需调整⑥结构复杂⑦成本高5、传动系统组成：电机、减速器、联轴器、搅拌器五、功率计算1、计算方法影响功率的因素：N=f(n,dj,ρ,μ,g)结构参数：dj、D、H、Wb运动参数：n找出无因次数群物性参数：ρ、μ用式中：φ—功率因素当加设挡板时，消除打旋，Y=0,Fr=1.∴φ=Np=kRex对数式：logNp=logK+XlogRe以φ或Np为纵坐标，以Re为横坐标绘制功率曲线2、功率曲线xeyrpRKFN（1）Re10时，(层流区）为直线,斜率为-1。∴logNp=logK－logRe将Np,Re代入得N=Kn2dj3试验测得：k≈1当n一定时功率与μ.dj3成正比（2）10Re104时，(过渡流区）（3）Re104时，(湍流区)曲线呈水平无挡板,功率消耗少,易打旋,效果差有挡板,功率消耗增加,效果好。注：∵为无因次数群，不针对特定尺寸∴与曲线描述的搅拌器几何尺寸相近的均可用该曲线计算