1911_化工攪拌器的設計,化工,攪拌器,設計 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 文 獻 綜 述 ） 第 1 頁攪拌器的研究與分析摘要： 攪 拌 機 式 攪 拌 設 備 的 心 臟 。 在 攪 拌 機 設 計 及 使 用 過 程 中 ， 合 理 的 選 取 攪 拌機 的 結 構 ， 運 動 和 工 作 參 數(shù) ， 直 接 關 系 到 混 泥 土 等 材 料 的 攪 拌 質 量 和 攪 拌 效 率 。論 文 對 攪 拌 臂 的 排 列 、 攪 拌 葉 片 的 安 裝 角 、 拌 筒 長 寬 比 、 攪 拌 機 轉 速 和 攪 拌 時 間 等主 要 參 數(shù) 的 選 取 進 行 分 析 與 實 驗 研 究 。 通 過 歸 納 ， 給 出 了 雙 臥 軸 攪 拌 機 的 主 要 參 數(shù)， 包 括 攪 拌 臂 排 列 、 葉 片 安 裝 角 、 拌 筒 長 寬 比 、 攪 拌 線 速 度 等 ； 給 出 了 評 價 攪 拌 機參 數(shù) 合 理 與 否 的 準 則 ； 給 出 了 攪 拌 臂 排 列 的 基 本 原 則 。關鍵詞：拌 臂 排 列 ， 葉 片 安 裝 角 ， 拌 筒 長 寬 比 ， 攪 拌 線 速 度1 攪拌機的簡介通常攪拌裝置由作為原動機的馬達(電動、風動或液壓)，減速機與其輸出軸相連的攪拌抽，和安裝在攪拌軸上的葉輪組成 減速機體通過一個支架或底板與攪拌容器相連。當容器內部有壓力時，攪拌軸穿過底板進入容器時應有一個密封裝置，常用填料密封或機械密封。通常馬達與密封均外購，研究的重點是葉輪。葉輪的攪拌作用表現(xiàn)為“泵送”和 渦流”，即產生流體速度和流體剪切，前者導至全容器中的回流，介質易位，防止固體的沉淀并產生對換熱熱管束 (如果有 )的沖刷；剪切是一種大回流中的微混合，可以打碎氣泡或不可溶的液滴，造成“均勻”。氣體和低黏度液體混合機械的特點是結構簡單，且無轉動部件，維護檢修量小，能耗低。這類混合機械又分為氣流攪拌、管道混合、射流混合和強制循環(huán)混合等四種。中、高黏度液體和膏狀物的混合機械，一般具有強的剪切作用；熱塑性的物料混合機主要用于熱塑性物料(如橡膠和塑料)與添加劑混合；粉狀、粒狀固體物料混合機械多為間歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的機械，如輪輾機等?；旌蠒r要求所有參與混合的物料均勻分布。混合的程度分為理想混合、隨機混合和完全不相混三種狀態(tài)。各種物料在混合機械中的混合程度，取決于待混物料的比例、物理狀態(tài)和特性，以及所用混合機械的類型和混合操作持續(xù)的時間等因素。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 文 獻 綜 述 ） 第 2 頁液 體 的 混 合 主 要 靠 機 械 攪 拌 器 、 氣 流 和 待 混 液 體 的 射 流 等 ， 使 待 混 物 料 受 到 攪動 ， 以 達 到 均 勻 混 合 。 攪 動 引 起 部 分 液 體 流 動 ， 流 動 液 體 又 推 動 其 周 圍 的 液 體 ， 結果 在 溶 器 內 形 成 循 環(huán) 液 流 ， 由 此 產 生 的 液 體 之 間 的 擴 散 稱 為 主 體 對 流 擴 散 。當 攪 動 引 起 的 液 體 流 動 速 度 很 高 時 ， 在 高 速 液 流 與 周 圍 低 速 液 流 之 間 的 界 面 上出 現(xiàn) 剪 切 作 用 ， 從 而 產 生 大 量 的 局 部 性 漩 渦 。 這 些 漩 渦 迅 速 向 四 周 擴 散 ， 又 把 更 多的 液 體 卷 進 漩 渦 中 來 ， 在 小 范 圍 內 形 成 的 紊 亂 對 流 擴 散 稱 為 渦 流 擴 散 。機 械 攪 拌 器 的 運 動 部 件 在 旋 轉 時 也 會 對 液 體 產 生 剪 切 作 用 ， 液 體 在 流 經 器 壁 和安 裝 在 容 器 內 的 各 種 固 定 構 件 時 ， 也 要 受 到 剪 切 作 用 ， 這 些 剪 切 作 用 都 會 引 起 許 多局 部 渦 流 擴 散 。攪 拌 引 起 的 主 體 對 流 擴 散 和 渦 流 擴 散 ， 增 加 了 不 同 液 體 間 分 子 擴 散 的 表 面 積 減少 了 擴 散 距 離 ， 從 而 縮 短 了 分 子 擴 散 的 時 間 。 若 待 混 液 體 的 粘 度 不 高 ， 可 以 在 不 長的 攪 拌 時 間 內 達 到 隨 機 混 合 的 狀 態(tài) ； 若 粘 度 較 高 ， 則 需 較 長 的 混 合 時 間 。對 于 密 度 、 成 分 不 同 、 互 不 相 溶 的 液 體 ， 攪 拌 產 生 的 剪 切 作 用 和 強 烈 的 湍 動 將密 度 大 的 液 體 撕 碎 成 小 液 滴 并 使 其 均 勻 地 分 散 到 主 液 體 中 。 攪 拌 產 生 的 液 體 流 動 速度 必 須 大 于 液 滴 的 沉 降 速 度 。少 量 不 溶 解 的 粉 狀 固 體 與 液 體 的 混 合 機 理 ， 與 密 度 成 分 不 同 ， 互 不 相 溶 的 液 體的 混 合 機 理 相 同 ， 只 是 攪 拌 不 能 改 變 粉 狀 固 體 的 粒 度 。 若 混 合 前 固 體 顆 粒 不 能 使 其沉 降 速 度 小 于 液 體 的 流 動 速 度 ， 無 論 采 用 何 種 攪 拌 方 式 都 形 不 成 均 勻 的 懸 浮 液 。不 同 膏 狀 物 的 混 合 主 要 是 將 待 混 物 料 反 復 分 割 并 使 其 受 到 壓 、 輾 、 擠 等 動 作 所產 生 的 強 剪 切 作 用 ， 隨 后 又 經 反 復 合 并 、 捏 合 ， 最 后 達 到 所 要 求 的 混 合 程 度 。 這 種混 合 很 難 達 到 理 想 混 合 ， 僅 能 達 到 隨 機 混 合 。 粉 狀 固 體 與 少 量 液 體 混 合 后 為 膏 狀 物 ，其 混 合 機 理 與 膏 狀 物 料 混 合 的 機 理 相 同 。不 同 的 熱 塑 性 物 料 以 及 熱 塑 性 物 料 與 少 量 粉 狀 固 體 的 混 合 ， 需 要 依 靠 強 剪 切 作用 ， 反 復 地 揉 搓 和 捏 合 ， 才 能 達 到 隨 機 混 合 。 2 攪拌機的發(fā)展史及現(xiàn)狀攪拌混合設備是一種應用廣泛、品種繁多的流體機械產品，適用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品和飼料等領域。攪拌操作是工業(yè)反應過程的重要環(huán)節(jié)，它的原理涉及流體力學、傳熱、傳質及化學反應等多種過程，而攪拌器是為了使攪拌介質獲得適宜的流黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 文 獻 綜 述 ） 第 3 頁動場而向其輸入機械能量的裝置。因此攪拌器也叫做 Mixer，或叫做 Agitator,Stirrer。廣義的攪拌還包括將固體微粒分散懸浮在溶液里面或將溶液變成均勻的乳化液，因此它包括分散器和均質機。某些攪拌器能產生極大的剪切力，以獲得細化的粒子比膠體磨大 10 倍以上的亞微米懸浮體，因此，可用于制造色拉醬、美容乳之類的精細食品和化學品。石化工業(yè)常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應釜、汽提釜等統(tǒng)稱為攪拌容器（Agitatored Vessels，或 Stirred Vessels）。近年來，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時，正面臨著滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經濟化和品種多樣化的同時，正日趨大型化。日立制作所自 1949 年生產攪拌反應釜以來已為聚氯乙烯、對苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產了攪拌反應釜近 4000 臺，容器的最大容量達 576m ，最大直徑達 7620 mm，圓筒部分最大長度達 44380 mm，設計壓力最大 28 MPa，設計溫度最高 530 cI 二，電機最大功率達 1100 kW?；诠?jié)能的要求，開發(fā)出變頻調速電機、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機械密封和填料密封，以磁力驅動代替機械傳動?；诮档彤a品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設備平均維修間隔時間的要求，大大提高了設備運行壽命?；跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實現(xiàn)了 CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌)，提高了自動化水平，避免了人與產品的接觸，減少了人工操作和待機時間，大大提高了產品的衛(wèi)生水平。3 攪拌過程及攪拌槳葉的分類攪拌技術觀點看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應用，而每一種攪拌應用又可根據物理過程和化學過程分為兩種類型。因此，總共有十種基本的攪拌應用。每一種基本攪拌應用都有各自的攪拌特點，過程要求和放大設計準則。實際應用時，每種攪拌應用往往會有幾種基本攪拌應用組成，如絮凝攪拌過程由液液混合和固體懸浮兩個基本攪拌應用組成。攪拌機主要有電機、減速裝置、攪拌軸和槳葉等組成。攪拌槳葉的形式多種多樣但無論何種槳葉形式，攪拌機在操作時，其軸功率消耗都產生兩部分作用，一部分是槳葉產生的排液量，另一部分是槳葉產生的壓頭。槳葉產生的壓頭又可分成兩部分，即靜壓頭和剪切力；攪拌機槳葉在操作時，必須克服靜壓頭，而剪切力使得物料分散、混合。因此，根據槳葉產生排液量，克服靜壓頭和產生剪切力能力的大小，可將所有黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 文 獻 綜 述 ） 第 4 頁槳葉分成三種基本類型，即流動型、壓頭型和剪切型。每一種槳葉在提供某種基本作用的同時（如流動型槳葉的基本作用是產生排液量），也提供另外兩種作用（產生剪切和克服靜壓頭）。根據不同的攪拌工程對攪拌要求的不同，選擇一種合理的槳葉形式，使得攪拌槳葉提供的排液量，靜壓頭和剪切之匹配能最大限度地滿足攪拌過程的攪拌要求。如固體懸浮及互容液體的混合，要求槳葉能提供大排液量、低剪切。而氣一液分散，要求槳葉能同時提供剪切、排液量和靜壓。攪拌槳葉的分類，也可以按照槳葉對流體作用所產生的流動型態(tài)來分，可將槳葉分成兩種類型-軸流式槳葉及徑流式槳葉。所謂軸流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸平行，螺旋推進式槳葉即是一種典型的軸流式槳葉；所謂徑流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸垂直。帶有“Sabre"形狀葉片的攪拌槳，攪拌能耗量小，產生的流動為主導軸向型，確保非常有效。帶有 450傾斜平板葉片的軸向攪拌槳，對中小體積的攪拌最為經濟。這種攪拌槳葉產生的流動為主導軸向型帶徑 向流，產生剪切擾動。在不粘的介質中這種攪拌槳葉對大多數(shù)應用均非常理想，特別是那些需要高速低能耗的場合。例如： 被用于進行懸浮或熱交換。傾斜的槳葉低速運轉，產生較高的擾動。這種基本攪拌槳葉通常對一些簡單攪拌應用有效。螺旋推進式型槳葉，對小體積的攪拌最為經濟。在無粘性的介質中，適合于氣-液交換及熱交換。用于固體、混合物、乳液的傳統(tǒng)槳葉，產生中等水平產生徑向流，具高抗動性和高能耗，專用于特殊應用。由于重量原因，這種槳葉僅用小直徑，經常用高速運行（電機直接驅動）。4 攪拌機的分類 攪 拌 機 是 以 混 合 、 揉 和 方 式 調 整 物 料 稠 度 的 一 種 機 械 設 備 。 攪 拌 機 在 工 業(yè) 生 產中 ， 特 別 是 在 建 筑 、 水 泥 等 領 域 有 著 非 常 重 要 的 應 用 。 攪 拌 機 按 照 的 分 類 方 式 很 多 ，下 分 多 個 種 類 ， 以 下 是 常 見 的 攪 拌 機 劃 分 方 法 與 攪 拌 機 種 類 。4.1 攪 拌 機 的 作 業(yè) 方 式 分 類攪 拌 機 按 照 作 業(yè) 方 式 上 的 差 別 ， 可 以 分 為 循 環(huán) 作 業(yè) 式 攪 拌 機 和 連 續(xù) 作 業(yè) 式 攪 拌機 兩 種 。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 文 獻 綜 述 ） 第 5 頁循 環(huán) 作 業(yè) 式 攪 拌 機 是 以 周 期 循 環(huán) 方 式 ， 順 序 完 成 供 料 、 攪 拌 和 卸 料 三 道 工 序 ，對 于 物 料 用 量 的 控 制 較 為 精 準 ， 物 料 攪 拌 的 效 果 較 好 。 目 前 ， 在 實 際 生 產 中 應 用 的攪 拌 機 多 屬 于 循 環(huán) 作 業(yè) 式 攪 拌 機 。連 續(xù) 作 業(yè) 式 攪 拌 機 對 物 料 的 處 理 ， 同 樣 經 過 供 料 、 攪 拌 和 卸 料 三 道 工 序 ， 但 是這 三 道 工 序 是 在 攪 拌 機 附 屬 的 筒 體 內 連 續(xù) 完 成 的 。 連 續(xù) 作 業(yè) 式 攪 拌 機 對 物 料 的 配 比控 制 能 力 較 差 、 也 不 易 掌 握 物 料 攪 拌 的 時 間 ， 但 連 續(xù) 作 業(yè) 式 攪 拌 機 的 生 產 能 力 較 高 、生 產 量 較 大 ， 適 合 物 料 處 理 效 果 要 求 低 的 攪 拌 工 作 。4.2 攪 拌 機 的 攪 拌 方 式 分 類攪 拌 機 按 照 攪 拌 方 式 上 的 差 別 ， 可 以 分 為 自 落 式 攪 拌 機 和 強 制 式 攪 拌 機 兩 種 。自 落 式 攪 拌 機 是 攪 拌 鼓 轉 動 而 攪 拌 鼓 內 的 葉 片 相 對 靜 止 。 自 落 式 攪 拌 機 工 作 時 ，攪 拌 鼓 會 旋 轉 帶 動 混 合 物 料 ， 葉 片 將 混 合 物 料 提 升 到 一 定 高 度 后 ， 物 料 會 在 自 身 的重 力 作 用 下 灑 落 ， 完 成 攪 拌 的 過 程 。強 制 式 攪 拌 機 是 攪 拌 鼓 保 持 靜 止 而 葉 片 強 制 攪 拌 。 強 制 式 攪 拌 機 工 作 時 葉 片 會在 轉 軸 的 帶 動 下 轉 動 ， 強 制 攪 拌 混 合 物 料 。 強 制 式 攪 拌 機 的 攪 拌 質 量 好 、 攪 拌 效 率高 ， 但 是 葉 片 磨 損 速 度 很 快 ， 且 需 要 很 大 的 動 力 輸 出 。4.3 攪 拌 機 的 裝 置 方 式 分 類攪 拌 機 按 照 裝 置 方 式 分 為 固 定 式 攪 拌 機 和 移 動 式 攪 拌 機 兩 種 。 固 定 式 攪 拌 機 安裝 在 固 定 基 座 上 ， 整 機 無 法 移 動 ， 生 產 效 率 高 ， 多 適 用 于 攪 拌 樓 或 攪 拌 站 使 用 。 移動 式 攪 拌 機 安 裝 在 汽 車 上 ， 易 于 移 動 、 機 動 性 好 ， 多 適 用 于 各 種 小 型 工 程 。4.4 攪 拌 機 的 容 量 大 小 分 類攪 拌 機 的 設 計 容 量 范 圍 很 大 ， 從 50L 到 3000L 都 有 。 小 型 攪 拌 機 的 出 料 容 量為 50 到 250L， 而 中 型 攪 拌 機 的 出 料 容 量 就 上 升 至 300 到 500L， 大 型 攪 拌 機 的 容量 則 高 達 1000 到 3000L。4.5 攪 拌 機 的 內 部 構 造 分 類槳式攪拌器 有平槳式和斜槳式兩種。平槳式攪拌器由兩片平直槳葉構成。槳葉直徑與高度之比為 4～10,圓周速度為 1.5～3m/s，所產生的徑向液流速度較小。斜槳式攪拌器的兩葉相反折轉 45°或 60°，因而產生軸向液流。槳式攪拌器結構簡單，常用于低粘度液體的混合以及固體微粒的溶解和懸浮。 5 攪拌機的應用范圍黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 文 獻 綜 述 ） 第 6 頁新型攪拌器系換代產品，是化工和建材行業(yè)攪拌設備無可替代的產物，實現(xiàn)了正確“攪和拌”的問世，從而淘汰其它攪拌設備所以承但的重任。它以其超常規(guī)的構思和精銳的技術含量，合理的設計水準，填補了國際空白。其廣泛用于油漆、涂料、染料、制革、醫(yī)藥、飲料、粘膠劑、食品、洗滌品、化妝品及各種固態(tài)物體等。有取之不盡的財富。對物體分散、乳化、均質、調色等較之傳統(tǒng)攪拌機的攪拌效果更加理想、直觀、是攪拌行業(yè)的一次革命。另一方面，我們和一些發(fā)達國家還存在一定的距離，這就需要我們汲取和借鑒國外的先進技術，使我們的產品更加完美。參考文獻[1] 黎明，化工行業(yè)標準 -攪拌器[M].北京：化學工業(yè)出版社,2008-10.[2] 陳志平，攪拌與混合設備設計選用手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社. 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