搅拌桨叶的选型和设计计算.docx
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搅拌桨叶的选型和设计计算
搅拌桨叶的选型和设计计算(总13页)
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CACA0时)
或(当样品中CACA0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=(~D居多)
dj:
L:
b=20:
5:
4
⑤适合混合中低粘度的物料.
≤5000c
u=4~8m/s
n=10~。
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。
(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>5000cp时,其搅动
范围为,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
结构:
桨式搅拌器特点:
①桨叶尺寸大,dj/D=~宽度大,b:
dj=~
②转速低,u=~2m/s;n=1~100rpm
③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>5000CP
⑤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
①容器长径流比H/D
②搅拌容器装料量
搅拌容器装满程度用装满系数η表示
η=Vg/V
式中:
Vg实际盛装物料的容积
V容器全容积
η=~
如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态
η=~(取低值)
当物料反映平稳或粘度较大时
η=~(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
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
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
(1)Re<10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)10(3)Re>104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