筒式搅拌器及其开发.pdf

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1、第37卷第5期化工机械557简式搅拌器及其开发陈明义‘(青岛科技大学)摘要介绍了实用新型专利——筒式搅拌器的结构和设计原理。筒式搅拌器主要有筒体和内弯叶片组成，搅拌时能同时产生强大的径向流和轴向流，具有较大的排液量和循环流量，混合效果极强。筒式搅拌叶轮的各尺寸设计取决于液体性质、混合要求、容器直径和转速等因素。关键词筒式搅拌器混合设计中图分类号TQ051．7+2文献标识码A文章编号0254_6094(20lO)05七557—04搅拌是化工过程的重要操作，搅拌过程涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多种过程。搅拌器有两大功能：使液体产生强大的总体流动，以保证装置内不存在静止区，达到宏观均匀；产

2、生强大的湍动，使液体微团尺寸减小。搅拌器选用得当，液团分割就细小，混合组分之间接触面增大，分子扩散速率增加，混合效果就好。在工程设计中，常用的搅拌器有推进式、涡轮式、框式以及螺带式等⋯。对于搅拌机顶插式中心安装的立式容器，器内液体有3种基本流形分别是径向流、轴向流和切向流。径向流是指流体的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上下两个循环流动；轴向流是指流体的流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推动向下流动，遇到容器底面再上翻，形成上下循环流动；切向流是指在无挡板的容器内，流体绕轴作旋转流动，高速时液体表面会形成漩涡，此时流体从

3、桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果很差。上述3种流型通常同时存在，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。为了提高液．液介质的混合效率，特别是对于深液面的搅拌，筒式搅拌器是一种创新，它增强轴向流与径向流，而减小切向流。1结构和工作原理筒式搅拌器的结构如图1所示嵋1。筒式搅拌器的叶轮为圆筒形，在筒上有序开槽，并按一定角度向筒内方向安装流线形翅片，其功能是向流体介质提供过程所需要的能量和适宜的流形，当其旋转时，把机械能传递给流体。在翅片的作用下，流体通过槽隙向外流出，在搅拌器附近形成高湍动的充分混和区，并产生一股高速射流和较高的压头，推动液体在搅拌容器内循环流动，在圆筒

4、的导流作用下，介质从筒体的顶部和底部流入筒内，}陈嘎义，男，1950年11月生，高级实验师。山东省青岛市，26606l。动轴接件强筋接套筒体固件叶片图l筒式搅拌叶轮结构示意图558化工机械2010年这样完成一个循环。筒式搅拌器使介质同时产生大的径向流和轴向流，较小的切向流，加大了介质流量，使介质流动更均匀。筒式叶轮被搅拌轴带动旋转，对位于翅片问的流体作功，流体受离心力的作用，由筒体中心被抛向外围。当流体到达翅片外周时，流速非常高，流体获得较大动能。从各叶片间被抛出的液体，在容器内介质和器壁的阻力作用下迅速转化为静压能，在此静压作用下又推动介质分别从上下端流向筒式叶轮内部。为此，筒体的作用不仅

5、在于导流液体，它还起到管道连通器的作用，是一个能量转换装置。2设计理论及分析2．1液体质点运动搅拌器工作时，液体随搅拌叶轮一起作旋转运动，同时又从圆筒的翅片槽隙中向外流动。液体质点在翅片内的运动轨迹如图2所示，搅拌叶轮带动液体质点作圆周运动的速度Ⅱ、液体质点沿翅片从叶轮的圆筒中心流向外缘的相对运动速度埘及其合速度c(绝对运动速度)之间的相互关系式为：“=∞r=2订m／60(1)埘2=c2+u2—2cl‘cosa(2)式中n——转速，方向与液体质点所在处的圆周切线方向一致；r——搅拌叶轮半径；∞——角速度；a——流动角，为c与H之间的夹角；卢——流动角，为埘与“反方向延长线之间的夹角。／＼y：

6、么c。．图2筒式搅拌叶轮流体速度若将c分解为径向分量c，和圆周分量c。，则到整个搅拌容器，起着体积循环作用。从叶轮排分别为：出的液体把来自叶轮的能量传递到容器各处，同c，=csinac。=ccosa(3)于是，c。=u—c，ct邸，当卢=90。时，c。=u；c，=仃一旱(Q，为液体流量，A为筒式叶轮开孔面积)。，I由于叶轮的混合性能与叶轮的排出性能、剪切性能有关。排出性能高可以造成液体的快速循环流动，而剪切性能高又能造成液体强烈的湍流扩散。筒式搅拌叶轮的叶片形式一般采用大角度的后弯叶片，搅拌低黏度液体时卢值大些，这样可以增大排出量、降低湍流强度。2．2搅拌叶轮各部尺寸与转速根据筒式搅拌器的工

7、作原理，自搅拌器叶轮处排出的高速流液体，对其周围的低速流液体具有吸引夹带作用。叶轮的排液量为Q。，叶轮排出的高速流对低速流吸引挟带的量为Q；，这二者之和形成全部的循环流量Q。，这种循环流动，涉及时，在静压能和动能的联合作用下，器内液体从叶轮上下顺次循环到具有强烈搅拌作用的叶轮内部和近旁。因此，叶轮的排出性能对搅拌过程有非常重要的意义。筒式搅拌器叶轮类似于双吸离心泵叶轮，因此排液量Q。大小与叶轮的流通面积A和叶