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搅拌知识

一搅拌的根本流型

搅拌设备内的流型取决于搅拌方式，搅拌器、釜、挡板等的几何特征，流体性质以及转速等因素。

在一般情况下，搅拌轴安装在釜中心时，搅拌将产生三种根本流型：1切向流2轴向流（图中b,c）3

径向流（图中a,d,e,f）。上述三种根本流型，通常可能同时存在。其中，轴向流与径向流对混合起主

要作用，而切向流应加以抑制，可通过加人挡板削弱切向流，以增强轴向流与径向流。

不同的桨型和桨径对流型有重要的影响，如以下图所示。图中b,c为轴向流，但是采用大直径的

PBT桨叶或者流体粘度增大会使流型转变成径向流。另外，采用多层PBT桨也会使各桨叶产生单独的

径向流。

(a)FBT

(d)PBTLargeD

在无挡板的搅拌容器中，搅拌器偏心安装可以获得较好的搅拌效果。而在大型油釜中，假设采用搅

拌器侧面插入安装方式，通常可获得较好的釜内整体循环。该场合假设采用侧面射流混合方式，也可得

到相似的混合效果，如以下图所示。

不同介质粘度的搅拌

粘度系指流休对流动的阻抗能力，其定义为：液休以lcn"s的速度流动时，在每lcm2平面上所需

剪应力的大小，称为动力粘度，以Paxs为单位。

粘度是流体的一种属性。流体在管路中流动时•.有层流、过渡流、湍流三种状态，搅拌设备中同

样也存在这三种流动状态，而决定这些状态的主要参数之一就是流体的粘度。

在搅拌过程中，-•般认为粘度小于5Paxs的为低粘度流体，例如：水、建麻油、饴糖、果酱、蜂

蜜、润滑油重油、低粘乳液等;5~50Paxs的为中粘度流体,例如：油墨、牙膏等;50~500Paxs的为高

粘度流体，例如口香糖、增塑溶胶、固体燃料等；大于500Paxs的为特高粘流体例如：橡胶混合物、

塑料熔体、有机硅等。

对于低粘度介质，用小直彷的高转速的搅拌器就能带动周围的流体循环，并至远处。而高粘度介

质的流体那么不然，需直接用搅拌器来推动。

适用于低粘和中粘流体的叶轮有桨式、开启涡轮式、推进式、长薄叶螺旋桨式、圆盘涡轮式、布

鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、MIG式等。适用于高粘和特高粘流体的叶轮有螺带式叶轮、螺杆

式、锚式、框式、螺旋桨式等。有的流体粘度随反响进行而变化，就需要用能适合宽粘度领域的叶轮,

如泛能式叶轮等。

搅拌设备的根本结构与选型

1.搅拌容器

搅拌容器常被称作搅拌釜1或搅拌槽），当搅拌设备用作反响器时，又被称为搅拌釜式反响器，

有时简称反响釜。

釜体的结构型式通常是立式圆筒形，其高径比值主要依据操作是容器装液高径比以及装料系数大

小而定。而容器的装液高径比又视容器内物料的性质、搅拌特征和搅拌器层数而异，一般取1~1.3,

最大时可达6。釜底形状有平底、椭圆底、锥形底等有时亦可用方形釜。同时，根据工艺的传热要求,

釜体外可加夹套，并通以蒸气、冷却水等载热介质；当传热面积缺乏时，还可在釜体内部设置盘管等。

在选择搅拌容器时，应根据生产规模（即物料处理量）、搅拌操作目的和物料特性确定搅拌容器

的形状和尺寸，在确定搅拌容器的容积时应合理选择装料系数，尽量提高设备的利用率。如果没有特

殊需要，釜体一般宜选用最常用的立式圆筒形容器，并选择适宜的筒体高径比（或容器装液高径比）。

假设有传热要求，那么釜体外须设置夹套结构。夹套种类有整体夹套、螺旋挡板夹套、半管夹套、蜂

窝夹套，传热效果依次提高但制造本钱也相应增加。

当搅拌釜卧式放置时，大多进行半釜操作。因此卧式釜与立式釜相比有更多的气-液接触面积，因

而卧式釜常用于气-液传质过程.如气•液吸收或从高粘度液体中脱除少量易挥发物质，另•方面，卧

式釜的料层较浅，有利于搅拌器将粉末搅动，并可借搅拌器的高速回转使粉体抛扬起来，使粉体在瞬

间失重状态下进行混合。

搅拌容器的材料要满足生产工艺的要求，例如耐压、耐温、耐介质腐蚀，以及保证产品清洁等。

由于材料的不同，搅拌容器的制造工艺、结构也有所不同，因此可分为钢制搅拌设备、搪玻璃搅拌设

备和带衬里的搅拌设备等。装衬里的目的是为了耐蚀或保护产品的清洁，衬里的种类很多，主要有不

锈钢、铝、钛、铅、银、倍、耐酸瓷砖、辉绿岩板、橡胶等。

2.搅拌器和搅拌轴

2.1搅拌器

搅拌器又被称作叶轮或桨叶，它是搅拌设备的核心部件。根据搅拌器的搅拌釜内产生的流型，搅

拌器根本上可以分为轴向流和径向流两种。例如，推进式叶轮、新型翼型叶轮等属于轴向流搅拌器，

而各种直叶、弯叶涡轮叶轮那么属于径向流搅拌器。

搅抖a器通常自搅拌釜顶部中心垂直插入釜内，有时也采用侧面插入，底部伸入或侧面伸入方式，

应依据不同的搅拌要求选择不同的安装方式。

顶伸式侧入式底伸式

2.2搅拌轴

搅拌设备中的电动机输出的动力是通过搅拌轴传递给搅拌器的，因此搅拌轴必须足够的强度。同

时，搅拌轴既要与搅拌器连接，又要穿过轴封装置以及轴承、联轴器等零件，所以搅拌轴还应有合理

的结构、较高的加工精度和配合公差。

按支承情况，搅拌轴可分为悬臂式和单跨式。悬臂式搅拌轴在搅拌设备内部不设置中间轴承或底

轴承，因而维护检修方便，特别对洁净度要求较高的生物、食品或药品搅拌设备，减少了设备内的构

件，故应优先选用。

3.内构件

包括挡板、盘管、导流筒、气体分布器等。

为消除搅拌容器内液体的打旋现象，使被搅拌的液体上下翻腾而到达均匀的混合，通常需要再搅

拌容器内加挡板。通常挡板的宽度约为容器内直径的1/12〜其中设备内的附件如温度计、传热

蛇管或各种支撑体也可以起到一定的挡板作用的，但往往达不到“全挡板条件“。通常增加挡板数计其

宽度，功率消耗也会增加，但增加到一定值以后，功率消耗就不会再增加，此时的工况就称为“全挡板

条件

在搅拌容器内，流体可沿各个方向流向搅拌器，流体的行程长短不一，在需要控制回流的速度和

方向，用于确定某一流况时可使用导流筒。导流筒是上下开II的圆筒，安装在容器内，在搅拌混合中

起导流作用，既可提高容器内流体的搅拌程度，加强搅拌器对流体的直接剪切作用，又造成一定的循

环流，使容器内流体均可通过导流筒内强烈混合区，提高混合效率。安装导流筒后，限定了循环路径,

减少了流体短路的时机。导流筒主要用于推进式、螺杆式以及涡轮式搅拌器的导流。

4.轴封

轴封是搅拌设备的重要组成局部。轴封属于动密封，其作用是保证搅拌设备内处于一定的正压或

真空状态，防止被搅拌的物料逸出和杂质的渗入，因而不是所有的转轴密封型式都能用于搅拌设备。

在搅拌设备中，最常用的轴封有液封、填料密封和机械密封等。

4.1液封

当搅拌设备内工作压力为常压，轴封的作用仅是为了防止灰尘与杂质进入内部工作介质，或者隔

离工作介质与搅拌设备周围的环境介质相互接触时，可选用液封。液封结构简单，没有与传动轴直接

接触引起摩擦的零件。但为保证圆柱形壳体或静止元件与旋转元件之间的间隙符合设计要求，其密封

部位零件的加工、安装要求较高。

同时.受结构特点的影响,液封的使用范围较窄。一般适用于工作介质为非易燃切爆或毒性程度

轻度危害，设备内工作压力等于大气压力，且温度范围在2030℃的场合。

值得注意的是，液体工作介质不可充满搅拌设备；而且封液应尽可能采用搅拌设备内工作介质，

或与工作介质不发生物理化学作用的中性液体，同时必须极少挥发且不污染大气。

4.2填料密封

是搅拌设备较早采用的一种转轴密封结构，具有结构简单、制造要求低、维护保养方便等优点。

但其填料易磨损，密封可靠性较差，一般只适用于常压或低压低转速、非腐蚀性和弱腐蚀性介质，并

允许定期维护的搅拌设备。

4.3机械密封

机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并作相对运

动到达密封的装置，又称端面密封。机械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，无

需经常维修，且能满足生产过程自动化和高温、低温、高压、高真空、高速以及各种易燃、易爆、腐

蚀性、磨蚀性介质和含固体颗粒介质的密封要求。

与填料密封相比，机械密封具有以下优点：

1、密封可靠，在长期运转中密封状态稳定，泄漏量很小，其泄漏量仅为填料密封的1%左右；

2、使用寿命长，在油、水介质中一般可达1-2年或更长，在化工介质中一般能工作半年以上；

3、摩擦功率消耗低，其摩擦功率仅为填料‘密封的10-50%；

4、轴或轴套根本上不磨损；

5、维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需经常性维修；

6、抗振性好，对•旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；

7、适用范围广，能用于高温、低温、高压、真空、不同旋转频率，以及各种腐蚀性介质和含磨粒

介质的密封。

正是由于机械密封的上述优点，其在搅拌设备上已被广泛使用。

机械密封有单端面机械密封和双端面机械密封两种，单端面机械密封价格较低，当单端面机械密

封不能到达要求时，需用双端面机械密封。

双机械密封

当搅拌介质为剧毒、易燃、易爆，或较为昂贵的高纯度物料，或者需要在高真空状态下操作，对

密封要求很高，且填料密封和机械密封均无法满足时，可选用全封闭的磁力传动装置。

5.传动装置

搅拌设备的传动装置包括电动机、变速器、联轴器、轴承及机架等。其中搅拌驱动机构通常采用

电动机和变速器的组合或选用带变频器的电机，使搅拌到达需要的转速。

传动装置的作用是使搅拌轴以所需的转速转动,并保证搅拌轴获得所需的扭矩。在距大多数搅拌

设备中，搅拌轴只有一根，且搅拌器以恒定的速度向一个方向旋转。然而也有一些特殊的搅拌设备，

为获得更佳的混合效果，可以在一个搅拌设备内使用两根搅拌轴，并让搅拌器进行的复杂的运动，如

往复动式、往复式、行星式等。

5.1电动机

搅拌设备的搅拌轴通常由电动机驱动。由于搅拌设备的转速一般都比拟低，因而电动机绝大多数

情况下都是与变速器组合在一起使用的，有时也采用变频器直接调速。为此，选用电动机时，应特别

考虑与变速器匹配问题。

通常应根据搅拌轴功率和搅拌设备周围的工作环境等因素选择电动机的型号，并遵循以下根本原

那么：

①根据搅拌设备的负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等要求，选择电动机

类型。

②根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启

动转矩，合理选择电动机容量，并确定冷却通风方式。同时选定的电动机型号和额定功率应满足搅拌

设备开车时启动功率增大的要求。

③根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯和腐蚀及易燃易爆气体等，考虑

必要的防护方式和电动机的结构型式，确定电动机的防爆等级和防护等级。对•于气体或蒸汽爆炸危险

环境，应根据爆炸危险环境的分区等级和爆炸危险区域内气体或蒸汽的级别、组别和电动机的使用条

件，选择防爆电动机的结构型式和相应的级别、组别：对于粉尘爆炸危险环境，那么根据爆炸危险环

境的分区等级和电动机的使用条件，选择防爆、防护电动机的结构型式和相应的防爆、防护等级；对

于火灾危险环境，那么根据火灾危险环境的分区等级和电动机的使用条件，选择防护电动机的结构型

式和相应的防护等级。化学腐蚀环境时，应根据腐蚀环境的分类选择相适应的电动机。

④根据企业电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级。

⑤根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速的复杂

程度，选择电动机的额定转速。

除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，弁综合考虑运行可靠性、供货情况、备品备件通用性、

安装检修难易程度、产品价格、运行和维修费用等因素。

5.2变速器

变速器是用于原动机和工作机之间独立.的闭式传动装置.，其主要功能是降低转速，并相应增大扭

矩。由于搅拌轴运转速度大多在30-600rpm范围内，小于电动机额定转速，故在电动机出口端大多需

设置变速器。按变速能力，变速器可分为减速机和无级变速器两大类。

按传动和结构特点来划分，减速机可分为摆线针轮减速机、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、皮带

减速机四种。应根据工艺要求和操作环境，选配适宜的变速器。所选用的变速器除应满足功率和输出

转速的要求外,还应运转可靠.维修方便,并具有较高的机械效率和较低的噪声c

摆线针轮减速机

摆线针轮减速机应用行星传动原理，采用摆线针齿啮合，是一种设计先进、结构新颖的减速机构,

允许正、反向运转。它广泛应用于石油化工、轻工食品、制药、纺织印染、冶金矿山、污水处理及工

程机械等各种传动机械的减速装置。

行星齿轮减速机的最大特点是传动效率高，传动比范围广，传动功率可从10W到50000kW,体积和重

量比普通齿轮减速机、蜗杆减速机小得多。但其结构较复杂，制造精度要求较高。

齿轮减速机

齿轮减速机包括圆柱齿轮减速机和圆锥齿轮减速机两种,其中圆柱齿轮减速机在所有减速机中应

用最广，它传递功率的范围可从很小至4000kW,圆周速度也可从很低60~70m/s；而圆锥齿轮减速机

的输人轴和输出轴位置成90。配置，因而适用于输入、输出轴相互垂直的场合。

齿轮减速机的主要特点是效率高，工作耐久，维护简便口按其减速齿轮的级数可分为单级、两级、

三级甚至多级；按其轴在空间的相互配置可分为立式和卧式；按其运动简图的特点可分为展开式、同

轴式和分流式等。

为了防止减速机外廓尺寸过大，一般当传动比在8以下时，可采用单级齿轮减速机，大于8时，

最好选用两级或两级以上齿轮减速机。

蜗轮蜗杆减速机

蜗轮蜗杆减速机采用蜗轮蜗杆传动，主要用于传动比拟大的场合，具有传动结构紧凑，轮廓尺寸

小，工作平稳等优点，但效率较低，因而单级蜗杆减速机应川较多，两级蜗杆减速机那么较少应用。

单级蜗杆减速机传动比的范围一般为10-70。

皮带减速机

皮带减速机具有效率高、寿命长、结构紧凑、传动平稳、拆卸方便等特点，允许正反方向运转，

在大型发酵装置中应用较多。

机械无级变速器

在相当多的搅拌操作中，由于工艺条件要求搅拌轴变速运转或搅拌工艺处于试验研究阶段使搅拌

轴转速未定，往往需要选用无级变速器。

机械无级变速器大多利用主功构件与从动构件接触处的摩擦（牵引）力传动来传递运动和祖矩，并通

过改变主、从动件的相对位置以改变接触处的土作半径来实现无级变速。

无级变速器的主要功能是根据生产实际需要随时调整工作转速，从而获得最适宜的转速，即其传

动比可在设计预定的范围内无级地进行改变，以简化变速传动结构、提高生产效率和产品质量、合理

利用动能，同时可实现遥控及自动控制功能，减轻操作人员的劳动强度。

无级变速器具有以下特点：

①结构简单.大多数行星摩擦式无级变速器由6-8个关键传动元件组成，传动元件数目较少，结

构紧凑。外形尺寸小，整机制造相对较容易。

②变速范围较大。可简化传动结构，传动平稳、噪声极低。

③驱动功率较大，承载能力较强。

④输出机械特性优越。一般情况下，无级变速器低转速时恒扭矩输出特性较强，高转速时可到达

恒功率输出。

⑤传动效率高，机构寿命长。正常使用寿命可达10年以上。

由于上述特点，再加上其属于降速型传动，因而在搅拌设备上应用较多。

值得注意的是：机械无级变速器与齿轮传动相比，超负载能力较差，而且工作过程中有滑动、去

转等现象。因此，在启动扭矩大、启动次数多、负荷变动大、有冲击负荷和急刹车等使用条件下，会

降低变速器的使用寿命。考虑到这些因素，可在额定功率或扭矩的根底上再乘以一个系数，即采用比

原规格稍大的、有•定裕量的无级变速器，或者设置保护装置，并在结构上尽量防止变速器受到苛刻

的负荷条件。

5.3轴承

在一般情况下，搅拌轴应尽可能设计成悬臂式的，以便于安装维护，减少介质腐蚀造成的影响。

但搅拌轴悬臂过长且又较细时，常常会将轴扭弯，同时离心力的作用也随着递增，严重时可损坏搅拌

袖.有些搅拌反响器的搅拌轴很长，需要安装中间轴承或底相承以防搅拌轴下部摆动过大。

装设中间轴承和底轴承出您可以改变搅件轴的支承条件，减少搅拌轴的挠度。但同时增加了结构

的复杂性，给安装和检修带来困唯：而且多支点支承对中困难，安装不好会产生偏心，加剧轴承的磨

损并产生振动；设备内轴承的涧滑是利用容器内液体进行的，因此，当存在磨损性颗粒时，会进入轴

承造成磨损、堵住咬死。所以，应当尽量防止采用中间轴承和底轴承。

中间轴承

中间轴承通常装在轴封的下方，或搅拌轴的中部，其位置主要取决于轴的稳定性以及安装、检修

的方便等。但如果中间轴承浸没在介质中，轴承与器壁固定的拉杆起着横挡板的作用，既增加了搅拌

功率的消耗，乂使得液体分子之间的剪切作用加大，同时还必须考虑介质的腐蚀和磨损，氏而要尽可

能不用。

常用的间轴承结构型式有三拉杆式、三槽钢三轴瓦式、井字槽钢式以及三拉杆吊挂式等。

底轴承

底轴承装在搅拌轴的底部，常用的底轴承结构型式有三足式、底部法兰式和迷宫三足式等几种。

5.4联轴器

联轴器的作用是将两个独立设备的轴牢固地联在一起，以进行运动和功率的传递。根据联接结构

的不同，上联轴器可以分为刚性联轴器、弹性联轴器和液力耦合器。刚性联轴器联接两轴时，轴线对

中性好，允许在任何方向转动，结构简单，制造方便。弹性联轴器由于具有能够产生较大弹性变形和

阻尼作用的弹性元件，具有较好的补偿相对位移、缓冲和吸震作用。液力耦合器具有电机过载保护及

提高电机启动性能的能力，并且可以隔离振动，缓和冲击。

根据安装位置的不同，联轴器可分为下联轴器和上联轴器。

下联轴器

下联轴器主要是对搅拌槽内的搅拌轴进行联接，必须采用刚性联轴器；安装方式有焊接式和可拆

式两种。

5.4联轴器

上联轴器

上联轴器指搅拌轴与变速器或电动机出轴间的联轴器，其选取一般应按以下原那么进行:

①采用无支点机架，并且除电动机或变速器支点外无其他支点时，必须采用刚性联轴器；

②在传递较小功率和较小轴承载荷的情况下,可采用刚性联料器用于无中间轴承、底轴承和轴封上也

不设轴承的单支点机架上；

③具备以下条件之一时，应选用弹性联轴器：a、采用双支点机架者；b、采用单支点机架，但设置了

底轴承或设有中间导向轴承或轴封本体设置了可以作为支承的轴承者。

另外，必须要注意的是：

当搅拌轴系为悬臂结构时，减速机输出轴支承和架支承组成搅拌轴系的两个支承点，减速机输出轴与

搅拌轴连接必须采用刚性联轴器。

当搅拌轴系为单跨结构时.，机架支承和釜内底轴承组成搅拌相系的两个支承点，减速机输出轴与搅拌

轴连接必须采用弹性联轴器。

当搅拌轴系配置的轴封带有辅助支承或釜内设有中间轴承时，由于这两种支承属于提高轴封处旋转精

度和轴系抗震扶正能力的辅助支承，搅拌轴系仍应按配置这两种辅助支承前的结构形式处理。对悬臂

结构，减速机输出轴与搅拌轴连接必须采用刚性联轴器。对单跨结构，减速机输出轴与搅拌轴连接必

须采用弹性联轴器。

5.5机架

搅拌设备的机架应该使搅拦轴有足够的支承间距，以保证操作时搅拌轴下端的偏摆量不大。机架

应保证变速器的输出轴与搅拌轴对中，同时还应与轴封装置对中。机架轴承除承受径向载荷外，还应

承受搅拌器所产生的轴向力。大多数情况下，机架中间还要安装中间轴承装置，以改善搅拌轴的支承

条件。机架的型式可分为无支点机架、单支点机架和双支点机架三种。

无支点机架

机架本身无支撑点，搅拌轴系以减速机输出轴的两个轴承支点作为支撑。适用于轴向力较小或仅

受径向力，搅拌负载均匀的场合。

在一些小功率和较小的轴向载荷等场合，可选用无支点机架，但同时必须满足以下条件之一：

①电动机与变速器具备两个支点，并经核算确认轴承能够承受由搅拌轴传递而来的径向和轴句载荷者;

②同时具备选用单支点机架条件中的①和②一④项中之一者，上、下可以组成一对轴支承。

单支点机架

机架设有能承受双向载荷的支撑，轴向载荷全部卸到机架支撑上，能保证减速机的传动质量，延

长使用寿命，适用于均匀负载、中等冲击条件下的所有搅拌作业场合。当具备以下条件之一时，可选

用单支点机架：

①电动机或变速器有一个支点，经核算可承受搅拌轴的我荷；

②设置底轴承作为一个支点；

③轴封本体设有可以作为支点的轴承；

④在搅拌设备内，搅拌轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点。

双支点机架

机架中间设有两个独立支承，适用于重冲击负载或对搅拌密封装置有高要求的特殊场合。减速机

输出轴与搅拌轴连接必须采用弹性联轴器。

当不具备选用单支点或无支点机架的条件时，应选用双支点机架。

不同介质类型的搅拌

一气液体系的搅拌

L简介

在许多过程中，气液接触是十分重要的，气体需要与液体进行充分且有效的接触以提供足够的质

量传递或热量传递能力。比方有的氯化和磺化反响是快反响，这需要搅拌器能提供很高的传质强度：

有的反响需要吸收难以溶解的氧气，这又需要搅拌器能提供很高的分散能力。

早期研究认为.气液分散是气体直接被搅拌器剪切成细小的气泡而形成的。但近年的研究说明，

气液分散是受气穴控制的。当气速过大或搅拌转速过低时，整个搅拌器被气穴包裹，气体穿过搅拌器

直接上升到液面，发生气泛。

气液接触过程的主要有有以下几种：气相和液相需要的停留时间分布、允许压力降、相对质量流

率、是否逆流接触、局部混合能力、是否需要补充或移出热量、腐蚀条件、泡沫行为与相别离、反响

时需要的流型、反响与传质的关系、层流和过渡区的流变行为等。这些因素又大都与搅拌器关系密切。

搅拌槽内的气体分散大致有以下几个状态：气泛状态（大局部气体未分散，气泡沿搅拌轴直接上

升到液面），载气状态（气体根本得到分散，分布器以下分布不良），完全分散状态。

2.气液搅拌设备的结构类型

气液分散搅拌器主要有三种：通气式、自吸式和外表更新式。

2.1通气式

工业上约80%采用了通气式搅拌器。通气式常采用各种滴轮搅拌器，主要由气体分布器、搅拌器、

搅拌槽构成。

2.2自吸式

自吸式机械搅拌反响器，是搅拌桨具有开小孔的空心轴或在搅拌轴外装有轴套，利用叶轮将液体

甩出形成的负压从液面上部吸入气体，再靠桨叶分散气泡。

气-液相接触面积的大小显著影响反响速率的上下，般的搅拌设备总是围绕如何提而新鲜补充气

体的分散特性而设计制造的，但补充的新鲜气体流展有时是十分有限的，这就严重制约了反响速率提

高。而自吸式搅拌机具备将釜内液面上的气体重新吸入并分散于液相的显著特点，可大幅度提高气含

率和气-液相的接触面积，从而到达提高反响速率的目的。

自吸式气液搅拌桨叶中气泡从桨端逸出，呈球形，运动至釜壁，经挡板碰击后分别向上向下形成

两个环流流动。就整个反响器而言，气泡在宏观上分布比拟均匀。气泡直径大多是2-3mm的圆球形气

泡，并不象通气式搅拌中的气泡要发生变形。

这种搅拌器不需要气体分布器，主要用在粘度很低的流体。普通的自吸式搅拌器只适用于深度不

超过2.5m的反响器，如果配上高效轴流桨，自吸式搅拌器的操作深度可达5m。目前这种深槽操作的

自吸式搅拌器已经在工业上得到了很好的应用，取得了良好的效果。

如果用在三相反响中，比方液相加氢中有颗粒催化剂时，自吸式搅拌器那么通常要配以能悬浮催

化剂颗粒的搅拌器。

2.3外表更新式

外表更新式搅拌器利用搅拦产生的湍流使气液接触外表不断更新，增加气液传质。但是，由于既

没有外部气体通入，又不能像自吸式搅拌器那样吸入气体，因此补充的气体很有限，适用在所需气体

不多的场合。

3.流型与操作

气液搅拌体系的宏观流动状态大局部为湍流状态。其中液体的流动主要与搅拌桨相关，可分为径

向流、轴向流和切向流，此处不再介绍，仅介绍气体的流型。

3.1气体的流型

气体的流型控制着气相的再循环和返混程度，并决定了气液传质推动力。它还对液相的宏观流动

和均一程度有着显著的影响。评价气体返混的指标是再循环比例。一般来说，大反响器的气体再循环

比例要小于小反响器的。气速较小时，气体的流动主要受搅拌器的影响；气速较大时，那么主要受气

速的影响。

轴向流叶轮比径向流叶轮能更好地控制气体地流动。叶轮与气体分布器地距离直接决定了气体地

流动，如以下图所示。

搅拌器离气体分布器距离近时搅拌器离气体分布器距离近时

轴流桨叶轮距气体分布器距不同距离时的气体流动情况

3.2液体的混合时间

液体的混合时间主要和气速以及搅拌功率有关。液体温度高时的混合要大大高于低温时的。大气

速时，由于气体的再循环比例减小，导致了液体的混合能力减弱。

值得注意的是：多层桨的情况与单层桨的情况大不一样，比方高径比为3、采用3层桨的混合能

力要远远低于高径比为1、采用单层桨的。

4.气液分散与传质

搅拌槽内的气液传质大都由液侧阻力控制，比界面积越大，传质能力越强。因此比界面积直接决

定了传质速率，而比界面积乂是由气液分散决定的。

叶轮形式对气液分散的影响

直叶圆盘涡轮

排量较大。圆盘可以阻止气泡直接穿过搅拌器，从而降低泛点转速，假设没有圆盘易发生气泛。

斜叶圆盘涡抡

属循环剪切兼顾型。可获得较好的气液分散，气含率和传质系数大，搅拌功率较小，泛点转速较

任。

弯叶圆盘涡轮

和直叶圆盘涡轮相似，但降低了搅拌功率。

半管圆盘

直叶圆盘涡轮反面易形成气穴而降低效率，而半管叶片的方曲抑制了气穴的形成，具有了以下优

点：

载气能力提高，泛点转速提高；

改善了分散和传质性能；

泵送能力提高。

宽叶翼流型搅拌器

叶轮区的面积率很大，延长了气体的停留时间，且泵送能力强。

直叶圆盘涡轮半管圆盘涡轮宽叶翼流型搅拌器

4.2气体分布器对气液分散的影响

气体进入搅拌容器的方式十分重要。气体一般是在搅拌器下方被喷入容器，喷射环的直径小于搅

拌器直径，这样可以使气体被充分分散，最大程度的增加气液接触面积。但是喷射环较小会导致搅拌

叶片背后形成气穴。工业中约有80%的气体分布采用喷射环。

大直径、靠近槽壁安装的环形分布器能有效防止气泛的发生，但对气体的分散能力降低了。

5传热

搅拌槽中的气体行为从两种途径影响着传热系数：一是产生两次循环流，提高湍流强度；一是气

泡在换热面上附着，增大热阻。

斜叶圆盘涡轮&直叶圆盘涡轮的组合式搅拌器外表传热系数较高，对气速的变化不敏感。

6多层搅拌器

对高径比大的搅拌容器，采用单层桨不能获得好的混合能力时就需要采用多层搅拌器，比方在发

酵工业中。

多层搅拌器中，常采用多种型式的搅拌器组合以获得较高的搅拌效果，使轴向循环能力和剪切分

故能力得到综合的平衡。比方.，有的搅拌过程需要循环与剪切兼顾，这时采用了上两层循环能力强的

宽叶翼流型搅拌器，下层采用了剪切能力强的半管圆盘叶轮。

不同层搅拌桨之间的层间距对气体的分散效果有较大影响。增大层间距可使下层叶轮的分散性能

提高，并能提高平均气含率。

7新型搅拌器

现在，气液反响和搅拌系统又有了一些新进展：

(1)高蒸汽压系统，比方沸腾。

(2)高气速行为(表观气速＞0.08m/s)。

(3)搅拌器范围的扩大，包括凹面桨的设计和宽桨叶的液压成形。

(4)气体的再循环率及其传质推动力关系的正确计算。

气液搅拌中，为了得到更长的气体停留时间，或者更好的气体流型，有研究机构和公司开始设计

新型的搅拌器。

比方有的反响器在液体外表增加了一个自吸式搅拌器，使溢出的气体重新返回液体中，增加了气

体的停留时间。

有专家正在研究一种可以改变气体流型的搅拌器，如以下图所示。这是一种多层桨，最下层是径

流桨，上两层是起吸气作用的翼流桨，通过翼流桨可以强制改善气体的流型。

正在开发的可改善气体流型的多层桨

8气液搅拌设备的应用

气液搅拌设备主要用于加氢、氧化气体脱除等物理化学过程。在加氢、氧化、氯化、磺化等过程

中，需要搅拌器能提供较高的气液分散能力，增加气体的停留时间。在发酵等过程中，需要循环剪切

兼顾，宜用多层组合桨。

二液固体系的搅拌

1简介

固液悬浮是在机械搅拌的情况下进行的，固液搅拌的根本目的是产生与维持悬浮液，以及增强液

固相间的质量传递。

固液搅拌通常分为以下几个局部：

(I)固体颗粒的悬浮；

(2)沉降颗粒的再悬浮；

(3)悬浮颗粒渗入液体；

(4)利用颗粒之间以及颗粒与桨之间的作用力使颗粒团聚体分散或者控制颗粒大小；

(5)液固之间的质量传递。

典型的固液搅拌设备如以下图所示:

Vessel

典型的固液搅拌设备

2固液体系的主要影响因素

固体颗粒和液体的特性都影响着流体流动和粒子悬浮，槽的几何形状和搅拌器的参数也有着同样

重要的影响。归纳起来，这些影响因素包括：

2.1液体的物理性质

包括密度、固液密度差和粘度等。

2.2固体的物理性质

包括密度、粒径、几何形状与球形度、湿润特性、捕捉外部气体的能力、团聚性质以及硬度和摩

擦特性等。

2.3工艺操作条件

包括槽内液体的深度、粒子浓度、粒子的体积分数以及有无气泡的出现或消失等。

2.4几何参数

包括槽径、槽底的几何形状(平底、圆底、椭圆底、锥底)、搅拌器的形状与几何尺寸、搅拌器

的安装位置以及叶片的个数等。

2.5搅拌条件

包括搅拌器的转速、搅拌功率、桨端线速度、悬浮等级、液体流型和槽内湍流强度的分布等。

3固液体系的悬浮状态

从固液搅拌的特性来分，固液搅拌设备的目的主要有两个：

(I)使固体粒子完全悬浮起来，简称完全离底悬浮。

(2)使固体粒子在全槽均匀悬浮，简称均匀悬浮。这也是两个不同的悬浮状态。

另外，将漂浮在液面上的固体颗粒悬浮在液体中也是悬浮状态之一。

3.1完全离底悬浮

完全离底悬浮的作用是降低固体周围的扩散阻力,以便于固体颗粒的溶解或结晶以及固液的质量

交换。有时仅仅是防止固体粒子在槽底堆枳而堵塞出料口。固体粒子在槽底的停留时间不超过1-2s

就认为到达了完全离底悬浮，能满足此条件的最低转速称为完全离底悬浮的临界转速。

3.2均匀悬浮

在制造涂料、油墨和化装品时，需要使固体粒子在液体中完全均匀分散。根据槽内不同位置的固

体含量，用浓度方差来定义悬滓均匀度，均匀度越高说明悬浮越均匀。

不同的悬浮状态如以下图所示。

近底悬浮完全离底悬浮均匀悬浮

3.3漂浮物的悬浮

典型的悬浮颗粒有以下几种：颗粒密度较小、颗粒会吸附很多空气（如面粉〕、颗粒很难吸收液

体而结团（如有些聚合物）。

促使悬浮物进入液体的•个重要原因是流体漩涡的形成，因此，能够使流体产生强烈漩涡的搅拌

器才能够产生较强的悬浮能力，如能够强制流体向下流动的45。斜桨。

4悬浮搅拌设备

悬浮搅拌设备一般包括搅拦器、槽和挡板等儿局部。

影响固液悬浮的因素较多，主要有以下几种：

4.1搅拌器

对于完全离底悬浮，只需使用一层叶轮。而对于均匀悬浮，必须使用多层叶轮，但临界转速仍由

最下层的叶轮所决定。

某些高效轴向流叶轮非常适合固液悬浮操作，这些叶轮都有变叶宽和变倾角的特点。典型的固液

搅拌叶轮如以下图所示。

典型的固液搅拌叶轮

4.2桨径与槽径之比

采用泯轮式或桨式叶轮时,假设粘度变化不大,桨径与槽径之比一般取0.35到05之间。

4.3槽底形状

平底槽和锥形槽容易产生粒子堆积，碟形槽功耗较大，曲面底槽可防止上述困难。

4.4叶轮的离底高度

叶轮离底太近，槽底的颗粒堆积会导致叶轮启动障碍。叶轮离底太远，对槽底颗粒的悬浮作用会

减弱。较适宜的高度为槽径的0.25倍左右。

4.5挡板和导流筒

为防止形成液体回转部，一般要安装挡板，有时还要安装导流筒。

5悬浮搅拌设备的选择

选择悬浮搅拌设备主要根据工艺的需要，主要包括以下方面：

5.1工艺问题

(1)分批、半分批还是连续过程？

(2)工艺过程中，会出现什么相？

(3)固液间是否有化学反响发生？

(4)液固相的物理特性是什么？

(5)需要多人的悬浮程度？

(6)到达这个悬浮状态需要的最小转速是多少？

(7)如果搅拌转速减小或者搅拌中断会出现什么情况？

(8)搅拌转速上升时悬浮情况有何变化？

(9)容器的几何形状对工艺有何影响？

(10)最适合该工艺的设备材料是什么？

5.2槽与搅拌器的问题

包括槽底形状的设计、槽的大小与直径、挡板与其他附件人

包括桨的形状、数量与方向；桨的位置；桨的转速与功率；桨叶的直径与长度；电机与密封系统。

6悬浮搅拌设备的应用

悬浮搅拌设备的应用主要应用在以下几个方面：

6.1固体分散

搅拌器的作用使颗粒或团聚体分散并悬浮在液体中，形成均匀悬浮或者浆液。应用于制备固体反

响物浆液和催化剂浆液，然后进入下一个反响器；或者仅仅使固体分散成颗粒悬浮在液体中。

6.2溶解与过漉

溶解是使液固质量传递的单元操作，固体粒子被液体吸收而变小并最终消失。过滤是使液体中的

可溶成分析出的单元操作，有些树脂与塑料，析出时会因吸收了液体而溶胀。在许多体系中，溶解与

过滤后的液体的密度与粘度会发生变化。在这一过程中，搅拌的目的是得到需要的溶解或过滤速率。

6.3结晶与沉淀析出

未加品种前，溶液中的粒子是自由粒子，经结晶或沉析操作形成颗粒，操作时，颗粒的直径与数

量在同步增长，与此同时，浆液的密度和粘度也发生改变。木工艺的目的是控制成核与粒子增长速率,

使粒子的破碎与磨损到达最小。平均粒径与粒径分布是•个重要的指标。控制液相的浓度，防止局部

浓度过大也是需要控制的。

6.4吸收、解吸与离子交换

也是质量交换的过程。

6.5催化颗粒反响

该操作将反响物吸收到催化剂外表并从催化剂外表移除生成物，催化剂在液体中的均匀悬浮是操

作的关键。另外，搅拌器降低了质量传递的边界层，增强了液固的质量交换。

6.6聚合反响

反响开始时，搅拌器要使单体液滴得到稳定的分散。随着反响的进行，生成的聚合物变得很粘，

搅拌器又要控制单体与催化剂的接触，并进而控制聚合物的粒径与粒径分布。在聚合反响中，搅拌的

目的是维持单体与聚合物的均匀分散。

三液液体系的搅拌

1简介

采用液液分散操作通常是为了以下目的：

(1)通过液液分散使相界面增加；

(2)使分散相液滴外部的扩散阻力减小；

(3)产生湍流促进浓度和温度均一化；

(4)使分散相液滴反复进行破碎凝并从而促进分散相液滴间的传质。

在液液分散中，搅拌起着关键的作用，它控制着液滴的聚并、破裂以及悬浮。搅拌影响液体流动

的强度与方向并进而影响液滴的分布与均一性。

2互溶液体的搅拌与混合

2.1低粘液体的搅拌与混合

互溶液体的搅拌是两种及两种以上互溶液体在搅拌作用下，任意一点的浓度、密度、温度以及其

他物理状态到达均匀的过程，通常又称为混匀过程，它是搅拌过程中最根本的一种过程。有时为了强

调其属于均相搅拌的特点。也称其为调和或调匀。

低粘度互溶液体搅拌过程的主要特征是不存在传递过程的相界面;对于一个纯物理混合过程，低

粘度互溶液体的混合属于最容易完成的过程。但如果混合过程伴有化学反响时，那么往往会使过程复

杂化，主要表现在两个方面:一是对混合时间有比拟严格的要求，以防止发生一些不希望的副反响;二是

大多有反响热的导出或热量的导入，从而增加了混合过程的控制难度。低粘度互溶液体的搅拌操作一

段都是在湍流状态下进行的。因而这一过程就具有较强的主体扩散、湍流扩散和分子扩散，在宏观混

合的过程同时伴有很强的微观混合过程。

为到达搅拌液体的混合均匀状态，低粘度互溶液体的搅拌首先要求提供足够的循环量，防止在设

备内出现死区，使所有搅拌液体都能产生快速对流循环运动。其次，还要求搅拌器造成的液体湍流强

度或剪切速度要大，尤其是当两种液体粘度相差比拟大时，剪切的存在将有利于高粘度液体在设备中

的分散，有利于湍流扩散的强化。此外，当需要混匀的两种液体数量相差较大时，少量液体的加料位

置是很重要的，理想的位置是口I轮区，或是在口I轮吸入口附近，以保证进料能很快通过口I轮，促使搅

拌液体很快到达浓度均化。

评价搅拌器混合效果的主要性能指标有混合时间、能耗及剪切性能等。其中混合时间是判断混合

效果的最重要性能指标。

2.1高粘液体的搅拌与混合

工业生产中高粘度流体的应用日益增多，许多高分子聚合物都是高粘度流体，它们很多又是非牛

顿流体。在搅拌过程中粘度还会发生变化，因而对搅拌器的要求就更高，要求搅拌器能够适应粘度的

变化完成搅拌操作。高粘流体的搅拌常泛指互溶的高粘度液体间的混合。但高粘流体搅拌在工业中也

有分散、固休溶解、化学反响等多种非均相操作。

搅拌操作时.用搅拌器对低粘度互溶液造成湍流并不困难.但粘度到达较高水平后,由于粘滞力的

影响，就只能出现层流状态。尤其困难的是，这种层流也只能出现在搅拌器的附近，离桨叶稍远些地

方的高粘度液体仍是静止的。这样就很难造成液体在搅拌设备内的循环流动，即在设备内会有死区存

在，对混合、分散、传热、反响等各种搅拌过程十分不利。所以，高粘度液体搅拌的首要问题就是要

解决流体流动与循环的问题。在这种情况下，不能靠增大搅拌转速来提高搅拌器的循环流量，因为流

体粘度较高时，搅拌器排出的流量很少，转速过高还会在高粘度溶液中形成沟流，而周围液体仍为死

区。较为有效的解决方法是设法使搅拌器推动更大范围的流体。因此，高粘度液体的搅拌器直径与设

备内径之比、桨叶的宽度与设备内径之比都要求比拟大，有时还要求增加搅拌器的层数，以增大搅拌

范围。

从搅拌机理来看，在层流区混合高粘度液体时，液体单元经受剪切细分作用被拉长、拉细或分割，

随着剪切时间的增加，逐渐到达混合。同时，由于搅拌设备内剪切场不是均匀的，例如锚式搅拌器在

锚与釜壁间的间隙区是强剪切区，液体的混合速率较快，而釜中部区域那么是低剪切区，混合速率较

慢，因此，高剪切区与低剪切区间的液体交换速率或液体在釜内的循环能力也是影响混合的重要因素。

此外，设备内流体的速度波动也能促进混合。换言之，高粘度液体的混合速率主要取决于搅拌器与釜

壁外表间的相对运动速率及相互之间的距离，为此也要求用于高粘流体的搅拌器，搅拌器直径与设备

内径的比值都相当大。实际生产过程中，常用的粘性流体搅拌器有锚式搅拌器、螺带式搅拌器、框式

搅拌器等。

评价搅拌器混合效果的主要性能指标有混合时间、单位体积混合能等。其中混合时间是判断混合

效果的最重要性能指标。

3不互溶液体的分散操作

通过搅拌使互不相溶的两种液体进行分散是一个重要的单元操作，常用于萃取、乳液聚合和悬浮

聚合等。

液液分散时，液相密度较大的称为重相，另一相那么为轻相。绝大多数场合是将轻相分散在重相

中，例如油分散在水中，然而在一定条件下也能使重相分散在轻相中。

在液液分散操作中，通常应把搅拌器置于连续相内，并应选择适宜的搅拌器型式和尺寸。如果搅

拌器的直径太小，那么大量的轻相液仍然停留在液面的边缘上；反之，轻相液将停留在搅拌轴的周围

难以分散。一般情况下，可加挡板以增加效果。

搅拌互不相溶的液液两相时，在连续相内液滴不断地破碎和凝并，经过一段时间以后，液滴的破

碎速率和凝并速率相等，到达动态平衡，于是在设备内形成稳定的分散体系。

通常用完全分散和均匀分散两个概念来描述液液两相的分散程度。完全分散状态只能粗略地反映

分散程度,当搅拌设备各部位的液滴浓度都相等时，即认为到达了均匀分散状态。分散过程如以下图

所示：

通过搅拌使•个液相完全分散于另•个与它不相溶的液相中时所需的最低搅拌转速称临界转速。

4不互溶液液搅拌设备

流动区、液滴破裂-凝并、界面积、液滴直径、质量传递系数等都是重要的设计参数。液滴的破裂

和液滴尺寸由搅拌器的结构和输入功率决定。斜桨圆盘涡轮由于具有高的泵送能力，通常用于液液分

故体系，有利于克服可能存在的相密度差。平桨圆盘涡轮比拟适合于产生稳定乳液和适当的气体夹带。

对于容器较高的液液分散，可能还需要多层搅拌器,或者在加上部挡板以及导流筒等。如以下图

所示:

四气液固三相体系的搅拌技术

气液固三相的搅拌混合行为是指气体被通入液体中，同时又有固相溶解或生成，或者都参与化学

反响的过程。对于有气体排出的行为一般不需要搅拌。

气液固三相的搅拌混合行为主要关注的是由搅拌器产生的流型怎样影响

(1)分散：容器中的气体分散受固体颗粒浓度和粒径分布的影响。

(2)悬浮：容器中固体颗粒的悬浮受气体速率和和气泡大小的影响。

三相体系常常涉及多个搅拦器的使用，分别实现气液分散和固液悬浮。

4.1临界转速

在三相混合体系中，存在两个临界转速：气体分散的临界转速和固体颗粒的临界悬浮转速。颗粒

密度和液体密度的相对大小对临界转速的影响十分显著。当颗粒密度远大于液体密度时，颗粒悬浮比

气体分散困难，而且通气对颗粒悬浮产生不利影响。假设两者密度接近时，颗粒的悬浮比气体的分散

容易。而且气速越大，颗粒悬浮的临界转速越小。

4.2三相搅拌设备

主要包括釜、桨、分布器和挡板等。

釜型多为平底或碟底的直立圆筒容：常用的桨型有直叶圆盘涡轮，上推式斜叶圆盘涡轮，卜压式斜叶

圆盘泯轮，上推式斜叶形式涡轮，下压式斜叶开式沟轮，推进桨，二叶后掠桨等；挡板有平挡板和指

形挡板;气体分布器有单孔垂直管、水平管、水平交又管、分布环、同心分布环簇和锥型分布器，此外

采用指形挡板时多用指形挡板兼作分布器。

釜

釜底形状对颗粒的悬浮影响很大，这是因为搅拌器产生的流型是流线型，平底釜的非流线形状对

搅拌器产生的流型是不利的，可使液流速度降低。而颗粒悬浮的前提是颗粒在釜底的滑移，滑移的动

力是流液速度，因此平底釜对颗粒的悬起是不利的，会在釜底中央或釜底边壁形成沉积的颗粒带，这

些颗粒最难悬浮，故平底釜的悬浮性能比球底釜、碟底釜的差。

同样气量时，釜径越大、气速越低、气体对颗粒悬浮的影响越小。

搅拌器

采用直叶圆盘涡轮和上推式斜叶圆盘涡轮时,最后悬起的粒子位于釜底中心附近的环形带上，而

采用卜压式斜叶开式涡轮时那么位于釜底壁角上。这说明采用不同搅拌器时，颗粒的悬浮难点和分散

途径是不同的，从流型角度来研究颗粒的悬浮分散是比拟适宜的。

气体分布器

有分布器但不通气时，位于釜底的分布器对颗粒的悬浮造成了很大的阻碍作用，需要更高的转速

才能使颗粒悬起。分布环离釜底的距禽过小时不利于粒子的完全悬浮。气体分布环的直径越大、环上

开孔越多，临界转速就越低，这是因为采用大分布环时从环孔喷出的气泡相对来说速度较低，孔数越

多，从环孔喷出的气泡速度也越低，对釜底的颗粒悬起影响较小。

4.3操作工艺条件

从临界分散转速角度看，不同工艺条件时最正确的结构变量是不同的，低气量时下压式涡轮不错,

高气量时上推式涡轮最好，这是由于气量很高时气升作用很强，只有把气升作用与搅拌作层协调起来

才能取得最正确的效果。

此外，各种气体分布环中以大分布环为优。

4.4典型的气液固三相搅拌反响

液相催化加氢是典型的气液固三相搅拌反响，液相加氢技术已广泛代替铁粉、硫化碱、水合阴等

传统复原法，可减少三废排放90%以上，并提高了产品收率与质量。该技术主要用于焕煌、芳煌和含

锐基、硝基、亚胺基、皴基等不饱和化合物的复原。

液相催化加氢中，气相为氢气，固相为催化剂颗粒。在各种加氢设备中，最为典型的是自吸式搅

拌器和轴流桨的组合。

反响器示意图见以下图。

由于通入的氢气相对有限，这可能会严重制约反响速率的提高，使用自吸式搅拌机将釜内液面上

的氢气重新吸入并分散于液相，可大幅度提高气含率和气液相的接触面积，从而到达提高反响速率的

H的。

如果液体较深的话，自吸式搅拌器的吸气效果和对气体的分散效果会大大降低，此时需要配以轴

流桨以改善流型、增加吸气及气体分散效果。

自吸式搅拌器和轴流桨的组合式反响器的典型应用有对氨基甲茉、间氨基甲苯、33-二氯联苯胺

(DCB)、天然VE转型、邻氨基苯甲醛、对氨基苯甲酸乙酯(苯佐卡因)、EDB、脂肪氨、异丙甲

草胺、普鲁卡因、邻氨基对叔丁基苯酚等。

齿轮减速机

密封辅助装置

专用机架

专用高速密封

W入口

空心轴

^^cn

一/U5自侧:检

换筋备管

o0

o0

o0带蜂旋板夹套

o0

f

t0

SP3O2轴流架

物料出口I

不同工艺目的的搅拌

均相混合

互溶液体的混合是一个均相纯物理混合过程，主要控制因素是循环速率，而桨叶的剪切作用是次

要的。当两种液体粘度相差较大时，剪切的存在有利于较高粘度液体在整个容器内的分散，有利于湍

流扩散的强化。常用的搅拌器有推进式、斜叶涡轮、长薄叶螟旋式、三叶后弯式等。

液液分散

低粘度不互溶两相体系液液分散时，主要控制因素是液滴大小及一定的循环流动，因此对剪切和

循环作用的要求均较高，由于涡轮式搅拌器具有较高切应力和较大循环能力，所以最为适宜.特别是

平直叶涡轮搅拌器的剪力作用比斜叶和后弯叶的剪力作用大，就更适用。常用的平直叶开式涡轮搅拌

器，叶片宽度宜窄，转速较高。在湍流区全挡板条件下，搅拌器上下搅拌范围最大可达2d.如液体粘

度较大时，可用弯叶涡轮，以减少动力消耗。

固液悬浮

固液悬浮是借助搅拌器的作用，使固体颗粒悬浮在液体中，形成固液混合物或悬浮液。均匀悬浮

的主要控制因素是循环速率及湍流强度，其中容积循环速率又往往是最主要的因素。固液悬浮操作以

涡轮式搅拌器使用范围最广，其中以开式涡轮最好，它没有中间圆盘不致阻碍桨叶上下的液相混合。

有叶、斜叶开式涡轮的优点更突；H,它的排出性能好，桨叶不易磨损。对悬浮体系，当密度差小，且

只要求悬浮物离开罐底而不必均匀悬浮时，搅拌转速也不必太大，可用底挡板;当密度差大，并要求均

匀悬浮时，搅拌转速较高，应采用底挡板和壁挡板;如悬浮物易粘附在挡板上，可采用导流筒。对带纤

维的固体悬浮可选用后弯式涡轮搅拌器。固一液悬浮采用长薄叶螺旋桨等也是不错的选择。

气液分散

对气液分散体系，要求气体分散造成足够的相际接触面，以利于对气体的吸收。主要控制因素是

剪切强度，同时也要求有较高的循环量。气体吸收过程以圆盘式涡轮最适宜，它的剪切作用强，而且

在圆盘的下面可以保存一些气体，使气体的分散更平稳，开式涡轮就没有这个优点。通常优先采用标

准六平直叶圆盘涡轮式搅拌器，并在全挡板下操作。当H/D澳时，常采用多层搅拌器，相邻两层中心

线距离为L5d〜3d。对生物反响器的机械搅拌式通风发酵设备,为提高氧的利用率，常采用高径比为

2〜4,此时需采用多层搅拌器。

固体溶解

固体溶解过程要求搅拌器有剪切流和循环能力，所以涡轮式搅拌器是最适宜的。推进式搅拌器循

环能力大但剪切能力小，所以用于小容量的溶解过程比拟合理。桨式的须借助挡板提高循环能力，一

段是在容易悬浮起来的溶解操作中使用。

结晶

结晶过程的搅拌设计是很困难的，特别是要求严格控制晶体大小的时候。一般是小直径的快速搅

拌.如涡轮式,适用于微粒结晶：而大直径的慢速搅拌,如桨式，可•用于大晶体的结晶过程。

分类编号控制因素搅拌形式

推进式、泯轮式、三叶后略式、布鲁马金

低粘流体湍流1循环流量

式、斜桨、平桨

液-液MIG式、多层桨+挡板、多层三叶后略式

高粘流体层流2

均相混合+挡板

均相反响高粘流体过渡循环流量锚式、螺带式、螺杆式、螺杆-导流筒式、

3

稀释流高转速螺带-螺杆式

螺带式、螺杆式、螺杆-导流筒式、螺带-

粘弹性流体4

螺杆式

液-液5

非均相混合

6液滴大小涡轮式、三叶后略式、布鲁马金式、斜桨、

非均相反响

7循环流量直叶开式涡轮

萃取

乳化8

循环流量

液-液聚合反响中，必要时可加刮壁板以增强传

9传热外表更新

传热热

速率

固液悬浮10循环流量

推进式、涡轮式、螺旋桨、斜桨

固体分散11沉降速度

固体溶解12

切应变速率推进式、涡轮式、螺旋桨、斜桨、三叶后

固液反响13

固-液循环流量略式、齿片式

固液洗涤14

15循环流量

结晶

低转速涡轮式、桨式、变异式

凝聚16

切应变速率

加氢17

切应变速率

氧化18

循环流量涡轮式、直叶、斜叶、半圆管式盘式涡轮

发酵19

气-液高转速

曝气20

气体脱除切应变速率

21泯轮式、推进式

传热循环流量

不同型式的叶轮

叶轮形式

搅拌器：轴流式

混流式

径流式

轴流式：推进式、螺带式、螺杆式、风扇式、锚式、框式、MIG桨、折叶桨式

混流式：六折叶开启涡轮式、六箭叶圆盘涡轮、六折叶圆盘涡轮

径流式：叶片组合式、泛能式、最大叶片式、平直叶桨式、三叶后掠式、锯齿圆盘式、六直叶开

启涡轮、后弯叶开启涡轮、平直叶圆盘涡轮、六弧叶圆盘涡轮、后弯叶圆盘涡轮、布鲁马金式。

名称功能简图

典型轴流桨，适合低粘度流体的混合、

传热、循环、固体悬浮、溶解等。

推进式搅拌器

特点：低剪切、强循环、高速运行、

低能耗。

带稳定环推进带稳定环使搅拌器在高速运行下的稳

式搅拌器定性得以提高。

新型高效轴流型搅拌器，相同的功率

可以得到最大的排量。适合低粘度流

高效曲面轴流体的混合、传热、循环、固体悬浮、

桨溶解等。

特点：低剪切、强循环、中低速运行、

低能耗、质量小，易大型化。