攪拌器
攪拌器
使液體、氣體介質強迫對流並均勻混合的器件。一般說來，渦輪式攪拌器的功率分配對湍流脈動有利，而旋槳式攪拌器對總體流動有利。 攪拌器的類型、尺寸及轉速，對攪拌功率在總體流動和湍流脈動之間的分配都有影響。對於同一類型的攪拌器來說，在功率消耗相同的條件下，大直徑、低轉速的攪拌器，功率主要消耗於總體流動，有利於宏觀混合。小直徑、高轉速的攪拌器，功率主要消耗於湍流脈動，有利於微觀混合。攪拌器的放大是與工藝過程有關的複雜問題，至今只能通過逐級經驗放大，根據取得的放大判據，外推至工業規模。
目錄
攪拌
粘度是指流體對流動的阻抗能力，其定義為:液體以1cm/s的速度流動時，在每1cm2平面上所需剪應力的大小，稱為動力粘度，以Pa·s為單位。 粘度是流體的一種屬性。流體在管路中流動時，有層流、過渡流、湍流三種狀態，攪拌設備中同樣也存在這三種流動狀態，而決定這些狀態的主要參數之一就是流體的粘度。 在攪拌過程中，一般認為粘度小於5Pa/s的為低粘度流體，例如水、蓖麻油、飴糖、果醬、蜂蜜、潤滑油重油、低粘乳液等;5-50Pa/s的為中粘度流體，例如油墨、牙膏等;50-500Pa/s的為高粘度流體，例如口香糖、增塑溶膠、固體燃料等;大於500Pa/s的為特高粘流體例如:橡膠混合物、塑料熔體、有機硅等。 對於低粘度介質，用小直徑的高轉速的攪拌器就能帶動周圍的流體循環，並至遠處。而高粘度介質的流體則不然，需直接用攪拌器來推動。 適用於低粘和中粘流體的葉輪有槳式、開啟渦輪式、推進式、長薄葉螺旋槳式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、板框槳式、三葉後彎式、MIG式等。適用於高粘和特高粘流體的葉輪有螺帶式葉輪、螺杆式、錨式、框式、螺旋槳式等。有的流體粘度隨反應進行而變化，就需要用能適合寬粘度領域的葉輪，如泛能式葉輪等。
類型
①旋槳式攪拌器
由2~3片推進式螺旋槳葉構成(圖2)，工作轉速較高，葉片外緣的圓周速度一般為5~15m/s。旋槳式攪拌器主要造成軸
向液流，產生較大的循環量，適用於攪拌低粘度 (<2Pa·s)液
體、乳濁液及固體微粒含量低於10%的懸浮液。攪拌器的轉軸
也可水平或斜向插入槽內，此時液流的循環迴路不對稱，可增
加湍動，防止液面凹陷。
②渦輪式攪拌器
由在水平圓盤上安裝2~4片平直的或彎曲的葉片
所構成。 槳葉的外徑、寬度與高度的比例，一般為20:5:4，
圓周速度一般為 3~8m/s。渦輪在旋轉時造成高度湍動的
徑向流動，適用於氣體及不互溶液體的分散和液液相反應
過程。被攪拌液體的粘度一般不超過25Pa·s。
③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(圖4)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，常用於低粘度液體的混合以及固體微粒的溶解和懸浮。
④錨式攪拌器
槳葉外緣形狀與攪拌槽內壁要一致(圖5)，其間僅有很小間隙，可清除附在槽壁上的粘性反應產物或堆積於槽底的固體物，保持較好的傳熱效果。槳葉外緣的圓周速度為
0.5~1.5m/s,可用於攪拌粘度高達 200Pa·s的牛頓型流體和擬塑性流體(見粘性流體流動。唯攪拌高粘度液體時，液層中有較大的停滯區。
⑤螺帶式攪拌器
螺帶的外徑與螺距相等,專門用於攪拌高粘度液體(200~500Pa·s)及擬塑性流體，通常在層流狀態下操作。
⑥磁力攪拌器
Corning數字式加熱器帶有一個閉路旋鈕來監控與調節攪拌速度。 微處理器自動調節馬達動力去適應水質、粘性溶液與半固體溶液。
⑦磁力加熱攪拌器
Corning數字式加熱攪拌器帶有可選的外部溫度控制器 (Cat. No. 6795PR) ，他們還可以監控與控制容器中的溫度。
根據不同介質的物理學性質、容量、攪拌目的選擇相應的攪拌器，對促進化學反應速度、提高生產效率能起到很大的作用。折葉渦輪攪拌器一般適應於氣、液相混合的反應，攪拌器轉數一般應選擇300r/min以上。
⑨變頻雙層攪拌器
變頻攪拌器的底座、支杆、電動機使用專利技術固定為一體。專利夾頭，無鬆動、無搖擺、不會脫落，安全可靠。鍍鉻支杆，下粗上細，鋼性強、結構合理。具有移動方便，重量輕等優點。適合各類小型容器。
⑩側入式攪拌機
側入式攪拌機是將攪拌裝置安裝在設備筒體的側壁上，攪拌機上的攪拌器通常採用軸流型，以推進式攪拌器為多，在消耗同等功率情況下，能得到最高的攪拌效果，功率消耗僅為頂攪拌的1/3~2/3，成本僅為頂攪拌的1/4~1/3。轉速可在200~750r/min。
廣泛用於脫硫、除硝以及各種大型貯罐或貯槽的攪拌。特別是在大型貯槽或貯罐中利用一台或多台側入式攪拌機一起工作，在消耗低能耗的情況下便可以得到良好的攪拌效果。
選型
攪拌器選型步驟分析介紹
攪拌裝置的設計選型與攪拌作業目的緊密結合。各種不同的攪拌過程需要由不同的攪拌裝置運行來實現，在設計選型時首先要根據工藝對攪拌作業的目的和要求，確定攪拌器型式、電動機功率、攪拌速度，然後選擇減速機、機架、攪拌軸、軸封等各部件。共具體步驟方法如下:
1.按照工藝條件、攪拌目的和要求，選擇攪拌器型式，選擇攪拌器型式時應充分掌握攪拌器的動力特性和攪拌器在攪拌過程中所產生的流動狀態與各種攪拌目的的因果關係。
2.按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產生的流動狀態，工藝對攪拌混合時間、沉降速度、分散度的控制要求，通過實驗手段和計算機模擬設計，確定電動機功率、攪拌速度、攪拌器直徑。
3.按照電動機功率、攪拌轉速及工藝條件，從減速機選型表中選擇確定減速機機型。如果按照實際工作扭矩來選擇減速機，則實際工作扭矩應小於減速機許用扭矩。
4.按照減速機的輸出軸頭d和攪拌軸系支承方式選擇與d相同型號規格的機架、聯軸器
5.按照機架攪拌軸頭do尺寸、安裝容納空間及工作壓力、工作溫度選擇軸封型式
6.按照安裝形式和結構要求，設計選擇攪拌軸結構型式，並校檢其強度、剛度。
如按剛性軸設計，在滿足強度條件下n/nk≤0.7
如按柔性軸設計，在滿足強度條件下n/nk>=1.3
7.按照機架的公稱心寸DN、攪拌軸的擱軸型式及壓力等級、選擇安裝底蓋、凸緣底座或凸緣法蘭
8.按照支承和抗振條件，確定是否配置輔助支承。
在以上選型過程中，攪拌裝置的組合、配置可參考(攪拌裝置設計選擇流程示意圖)，配置過程中各部件之間連接關鍵尺寸是軸頭尺寸，軸頭尺寸一致的各部件原則上可互換、組合。
攪拌功率
攪拌器向液體輸出的功率P,按下式計算:
P=Kd5N3ρ
式中K為功率准數，它是攪拌雷諾數Rej(Rej=d2Nρ/μ)的函數;d和N 分別為攪拌器的直徑和轉速;ρ和μ分別為混合液的密度和粘度。對於一定幾何結構的攪拌器和攪拌槽,K與Rej的函數關係可由實驗測定，將這函數關係繪成曲線，稱為功率曲線(圖7)。
攪拌功率的基本計算方法
理論上雖然可將攪拌功率分為攪拌器功率和攪拌作業功率兩個方面考慮，但在實踐中一般只考慮或主要考慮攪拌器功率，因攪拌作業功率很難予以準確測定，一般通過設定攪拌器的轉速來滿足達到所需的攪拌作業功率。從攪拌器功率的概念出發，影響攪拌功率的主要因素如下。
① 攪拌器的結構和運行參數，如攪拌器的型式、槳葉直徑和寬度、槳葉的傾角、槳葉數量、攪拌器的轉速等。
② 攪拌槽的結構參數，如攪拌槽內徑和高度、有無擋板或導流筒、擋板的寬度和數量、導流筒直徑等。
③ 攪拌介質的物性，如各介質的密度、液相介質黏度、固體顆粒大小、氣體介質通氣率等。
由以上分析可見，影響攪拌功率的因素是很複雜的，一般難以直接通過理論分析方法來得到攪拌功率的計算方程。因此，藉助於實驗方法，再結合理論分析，是求得攪拌功率計算公式的惟一途徑。
由流體力學的納維爾-斯托克斯方程，並將其表示成無量綱形式，可得到無量綱關係式(11-14)。
Np=P/ρN³dj5=f(Re，Fr)
式中Np--功率准數
Fr--弗魯德數，Fr=N²dj/g;
P--攪拌功率，W。
式(11-14)中，雷諾數反映了流體慣性力與粘滯力之比，而弗魯德數反映了流體慣性力與重力之比。實驗表明，除了在Re>300的過渡流狀態時，Fr數對攪拌功率都沒有影響。即使在Re>300的過渡流狀態，Fr數對大部分的攪拌槳葉影響也不大。因此在工程上都直接把功率因數表示成雷諾數的函數，而不考慮弗魯德數的影響。
由於在雷諾數中僅包含了攪拌器的轉速、槳葉直徑、流體的密度和黏度，因此對於以上提及的其他眾多因素必須在實驗中予以設定，然後測出功率准數與雷諾數的關係。由此可以看到，從實驗得到的所有功率准數與雷諾數的關係曲線或方程都只能在一定的條件範圍內才能使用。最明顯的是對不同的槳型，功率准數與雷諾數的關係曲線是不同的，它們的Np-Re關係曲線也會不同。
標記示例
例 直徑600mm，軸徑40mm的漿式攪拌器，標記為
攪拌器 600-40， HG5--220--65--5
標準簡介
《中華人民共和國:化工行業標準-攪拌器》
1.所屬類別
科學文化圖書
2.圖書內容
《HG/T 3796.1-2005 攪拌器型式及基本參數》:
本標準代替HG/T 2123-1991《攪拌器型式及主要參數》。
本標準與HG/T 2123-1991相比主要變化如下:
--在攪拌器類型方面增加了的近年來應用普遍的軸流型板式螺旋槳攪拌器，為提高攪拌裝置設計水平提供有力支撐。
--對原來的槳式攪拌器進行了型式擴充，給予使用者更大的選擇範圍;
--對型式和應用工況接近的框式和門框式攪拌器合併為錨框式攪拌器;
--為方便使用，增加了攪拌器的型號表示方法和示例。
本標準由中國石油和化學工業協會提出。
本標準由化學工業機械設備標準化技術委員會歸口。
本標準負責起草單位:浙江長城減速機有限公司。
本標準參與起草單位:浙江大學化工機械研究所、天華化工機械及自動化研究設計院。
本標準所代替標準的歷次版本發布情況為:--HG/T2123-1991。
《HG/T 3796.2-2005 攪拌軸軸徑系列》:
本標準代替HG/T 3167-1986《攪拌軸軸徑系列》。
本標準民HG/T 3167-1986相比主要變化如下:
--根據攪拌軸的設計和使用情況，並參考國外同類標準(DIN28132)，將攪拌軸的軸徑系列擴大到300mm，增加了220、240、260、300五擋。
--細化了舊標準中的軸系列參數，增加了軸徑45、55、125、150四擋;
--修改了原標準中不推薦的公稱直徑65一擋，改為常用選項。
本標準負責起草單位:浙江大學化工機械研究所、天華化工機械及自動化研究設計院。
本標準所代替標準的歷次版本發布情況為:--HG/T 3167-1986(ZB/TG 92001-1986)。
本標準由中國石油和化學工業協會提出。
本標準由化學工業機械設備標準化技術委員會歸口。
本標準負責起草單位:浙江長城減速機有限公司。
《HG/T 3796.3-2005 槳式攪拌器》、《HG/T 3796.4-2005 開啟渦輪式攪拌器》、《HG/T 3796.5-2005 圓盤渦輪式攪拌器》、《HG/T 3796.6-2005 圓盤據齒式攪拌器》、《HG/T 3796.7-2005 三葉後彎式攪拌器》、《HG/T 3796.8-2005 推進式攪拌器》、《HG/T 3796.9-2005 板式螺旋槳攪拌器》、《HG/T 3796.10-2005 螺杆式攪拌器》、《HG/T 3796.11-2005 螺帶式攪拌器》、《HG/T 3796.12-2005 錨框式攪拌器》。
3.圖書目錄
HG/T 3796.1-2005 攪拌器型式及基本參數
HG/T 3796.2-2005 攪拌軸軸徑系列
HG/T 3796.3-2005 槳式攪拌器
HG/T 3796.4-2005 開啟渦輪式攪拌器
HG/T 3796.5-2005 圓盤渦輪式攪拌器
HG/T 3796.11-2005 螺帶式攪拌器
HG/T 3796.12-2005 錨框式攪拌器
HG/T 3796.6-2005 圓盤據齒式攪拌器
HG/T 3796.7-2005 三葉後彎式攪拌器
HG/T 3796.8-2005 推進式攪拌器
HG/T 3796.9-2005 板式螺旋槳攪拌器
HG/T 3796.10-2005 螺杆式攪拌器