搅拌知识.docx

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搅拌知识

搅拌知识

一搅拌的基本流型

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，搅拌将产生三种基本流型：

1切向流2轴向流（图中b,c）3径向流（图中a,d,e,f）。

上述三种基本流型，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。

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，若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。

该场合若采用侧面射流混合方式，也可得到相似的混合效果，如下图所示。

不同介质粘度的搅拌

粘度系指流体对流动的阻抗能力，其定义为：

液体以1cm/s的速度流动时，在每1cm2平面上所需剪应力的大小，称为动力粘度，以Pa×s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，一般认为粘度小于5Pa×s的为低粘度流体，例如：

水、蓖麻油、饴糖、果酱、蜂蜜、润滑油重油、低粘乳液等；5~50Pa×s的为中粘度流体，例如：

油墨、牙膏等；50~500Pa×s的为高粘度流体，例如口香糖、增塑溶胶、固体燃料等；大于500Pa×s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，用小直径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则不然，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。

有的流体粘度随反应进行而变化，就需要用能适合宽粘度领域的叶轮，如泛能式叶轮等。

搅拌设备的基本结构与选型

1.搅拌容器

搅拌容器常被称作搅拌釜（或搅拌槽），当搅拌设备用作反应器时，又被称为搅拌釜式反应器，有时简称反应釜。

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；当传热面积不足时，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）。

若有传热要求，则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成本也相应增加。

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，另一方面，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、镍、锆、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，搅拌器基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、弯叶涡轮叶轮则属于径向流搅拌器。

搅拌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达到均匀的混合，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1/12～1/10，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。

导流筒是上下开口的圆筒，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，减少了流体短路的机会。

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部分。

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人内部工作介质，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易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20-80℃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，并作相对运动达到密封的装置，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、轴或轴套基本上不磨损；

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达到要求时，需用双端面机械密封。

单机械密封

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，使搅拌达到需要的转速。

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较低，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，并遵循以下基本原则：

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，则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，则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，并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，选配合适的变速器。

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。

5.2.1摆线针轮减速机

摆线针轮减速机应