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

2、 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。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）或 （当样品中 CA CA0 时）显然 I 1若取 m 个样

3、品，则该样品的平均调匀度为 当混合均匀时I12、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

4、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：（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： a、流型： 轴流型， 以轴流 混合为主，伴有切向流，经向 流特，点湍：动程度不高。 b、流循型环：量径大向，流适型用于宏观混合 c、适 用伴有低粘轴度向物流料混合 ， 2000c p 。切向流d、有两桨个转回路速 较 高 ， 圆 周 速 度 u=5易产15生m/s“ 分层n=效10

5、应05”00rpm e（、不d适 j=于（0混.2合0含.5）有D 较（ 重以固0体.3颗3 居粒多 ） 悬浮液） d j= （0.20.5）D（0.33 居多）d j ：L：b=20 ： 5： 4 适合混合中低粘度的物料， 5000cu=48m/sn=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 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 5000c 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，

6、 混合效果不佳。当 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

7、/D搅拌容器装料量 搅拌容器装满程度用装满系数根据实验一般：H/D=13 表示=Vg/ V 式中 : V g实际盛装物料的容积H/D=12V容器全容积H/D=1.7 2.5 =0.60.85液固相液液相 气液相 发酵容器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

8、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 侧壁安装 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：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Wb 1.2式中： W b 挡板宽度（ b ）1.2.nb 0.35dj b d j 液轮直径 n b 挡板数目 通常： Wb1是否所有液d体j 搅拌1机0

9、无论混合n物b 料的4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（ 12 ）填机械料密封特点特：点：五5、结功传构率动简计系单算统密封可靠组成本：低对轴无磨损1、计对算轴电方磨机法损、大摩擦功耗小 摩擦减功速耗器大使、用寿命长 需经联常轴调器解无、需调整搅拌器 结构复杂 成本高影响功率的因素：N=f（n,d j, ,g）找出无因次数群结构参数： d j 、D 、 H 、W b运动参数： n物性参数： 、 用N pxp K Rx式中： F功ry率因K素 Re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 代入