搅拌桨叶的选型和设计计算

1、.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

2、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。 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.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）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。混合

3、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

4、分量切向分量 当m .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：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，m2000c p。d、桨转速较高，圆周速度u=515m/s n=100500rpme、d j=(0.20.5)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（48）特点：流型：径向流型 伴有 轴向流 切向流有两个回路易产生“分层效应”（不适于混合含有较重固体颗粒悬浮液） d j=（0.20.5)D (0.33居多) d

5、j：L：b=20：5：4 适合混合中低粘度的物料. m5000c u=48m/s n=10300r.p.m。 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。（3）桨式搅拌器当m 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。水的搅动范围为4D当m5000c p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m 时，应采用D n的桨结构：桨式搅拌器特点：桨叶尺寸大, dj/D=0.50.8 宽度大,b：dj=0.10.25转速低,u=1.52m/s ; n=1100 rpm流

6、型： 径向流 切向流 桨叶倾斜.可产生小范围轴向流适合低粘度物料5000CP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：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容器长径流比H/D根据实验一般： H/D=13 液固相 液液相 H/D=12 气液相 H/D=1.7 2.5发酵容器搅拌容器装料量搅拌容器装满程度用装满系数 表示 =Vg/ V 式中: V g 实际盛装物料的容积 V 容器全容积=

7、0.60.85如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态=0.60.7 (取低值)当物料反映平稳或粘度较大时=0.80.85 (取高值)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=V g/ 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）打旋的危害几乎不存在轴向混合.会出现分离现象。液面下凹.有效容积降低。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偏心安装 倾斜安装側壁安装

8、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：消除打旋将切向流改变为轴向流和径向流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：W b挡板宽度 d j 液轮直径 n b 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（=12000cp） 流体粘度足以抑制打旋.可不加挡板4、轴封（1）填料密封特点：结构简单成本低对轴磨损大摩擦功耗大需经常调解（2）机械密封 特点： 密封可靠 对轴无磨损 摩擦功耗小 使用寿命长 无需调整 结构复杂 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,d j,g)结构参数：d j 、D 、 H 、W b运动参数：n 找出无因次数群物性参数：、用式中：功率因素当加设挡板时.消除打旋.Y=0, Fr=1. =Np=k Rex对数式：logNp =logK + XlogRe以或Np为纵坐标.以Re为横坐标绘制功率曲线2、功率曲线（1） Re10时.(层流区）为直线, 斜率为-1。logNp =logK logRe将Np,Re