拌裝置中的攪拌體系分析

今天我們來(lái)分享一下攪拌器放大過(guò)程中的攪拌體系分析。通常來(lái)說(shuō)，攪拌器的攪拌體系中某一點(diǎn)的狀態(tài)可以通過(guò)一系列狀態(tài)變量來(lái)表示。如溫度、壓力、流速、濃度等。作為一種基本方法，一個(gè)復(fù)雜的體系常常可以分解成幾個(gè)簡(jiǎn)單的子體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，從而使所獲得的基本數(shù)據(jù)更有表征的價(jià)值，如在小試和模試中通常將反應(yīng)和傳遞因素進(jìn)行單獨(dú)研究。但是被分離的變量之間常常存在互動(dòng)和耦合效應(yīng)，所以中試時(shí)經(jīng)常將它們重新合并研究。如果兩個(gè)子體系之間的連接是單方向的（比如i到j(luò)，丹東攪拌器，j體系的輸入=i體系的輸出），則兩個(gè)體系通常是獨(dú)立的。對(duì)于兩個(gè)變量是明顯互相耦合在一起的，要避免將它們分離研究，或必須研究它們之間的耦合效應(yīng)。舉例來(lái)說(shuō)，可以將一個(gè)復(fù)雜的化工過(guò)程分成進(jìn)料段、反應(yīng)段和后處理段進(jìn)行分離研究，其中攪拌器的反應(yīng)器往往是復(fù)雜的單元器，但難以再繼續(xù)細(xì)分。

當(dāng)體系確定，輸入變量、輸出變量、作用參數(shù)等隨之可以確定。比如，輸入變量可以包括進(jìn)料中的化學(xué)組成和純度等。輸出變量可以包括流出物的化學(xué)組成，流出速率等。作用參數(shù)包括進(jìn)料速率、催化劑類(lèi)型、反應(yīng)器進(jìn)口溫度、反應(yīng)器進(jìn)口壓力、再循環(huán)流率等。當(dāng)完成對(duì)子體系的定義后，需要對(duì)單個(gè)子體系進(jìn)行研究，即小試研究。當(dāng)小試完成后，需要考慮放大到模試。在模試階段，除了考慮與小試過(guò)程同樣關(guān)心的變量——轉(zhuǎn)化率外，還要考慮副反應(yīng)問(wèn)題、熱力學(xué)平衡、物理性質(zhì)、化學(xué)平衡、熱傳遞、相間和相內(nèi)的質(zhì)量傳遞、流體或固體的流動(dòng)等。

錨式攪拌器

錨式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖5-7所示。它適用于黏度在1Pa.s以下的流體攪拌，成品罐攪拌器，當(dāng)流體黏度在1～10Pa.s時(shí)，可在錨式攪拌器中間加一橫槳葉，即為框式攪拌器，以增加容器中部的混合。錨式攪拌器的一般參數(shù)為：槳葉直徑d與容器內(nèi)直徑D之比為0. 9～0. 98，葉端速度為1～5m/s。錨式或框式攪拌器的混合效果并不理想，只適用于對(duì)混合要求不太高的場(chǎng)合。由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其他攪拌器大，能得到較大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故常用于傳熱、晶析操作。也常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。當(dāng)攪拌黏度大于10Pa.s的流體時(shí)，應(yīng)采用螺帶式或螺桿式攪拌器。

錨式、框式葉輪機(jī)械攪拌器屬于同一類(lèi)，這些葉輪的槳徑對(duì)罐徑之比d/D較大，機(jī)械攪拌器通常在低速下運(yùn)行，在攪拌低黏度液體時(shí)不產(chǎn)生大的剪切力，因此它不適用于液-液和氣-液分散，另一方面，這些葉輪在罐內(nèi)移動(dòng)的流量大，水平回轉(zhuǎn)流占支配地位，不具有良好的混合均一性，然而在罐壁附近的流速比其他葉輪大。能得到大的傳熱膜系數(shù)，故常用于傳熱，晶析操作。另外，由于其葉徑較大，且與罐底貼近，也常用它來(lái)攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。還有它也常用于高黏度流體的攪拌，然而隨流體黏度的，罐內(nèi)的流動(dòng)減少，由傳動(dòng)裝置傳入的能量作為葉輪和流體的摩擦（剪切）消耗掉的比例增大。從攪拌效果看，立式攪拌器，在葉片近旁有液體的交換，而在軸附近則存在幾乎不起攪拌作用的部分，使用如圖2-12的變形框式葉輪，可使情況改善，然而仍不能全部解決問(wèn)題。要使高黏度流體完全流動(dòng)非要用螺帶式葉輪機(jī)械攪拌器那樣具有強(qiáng)制液體進(jìn)行擠出流動(dòng)的葉輪。

槳式攪拌器的結(jié)構(gòu)和制造

漿式是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也是常用的一種攪拌器型式。葉輪一般用扁鋼制作，鑄造葉輪現(xiàn)在已很少用。小型葉輪為簡(jiǎn)單化，常將葉輪焊在輪轂上，形成一個(gè)整體，然后用鍵、止動(dòng)螺釘將輪轂連接在攪拌軸上(見(jiàn)圖2-44)。

在槳式攪拌器中應(yīng)用較多的是可拆式葉輪，不銹鋼攪拌器，即葉輪一端制出半個(gè)軸環(huán)套，兩片槳葉對(duì)開(kāi)地用螺栓將軸環(huán)夾緊在攪拌軸上、當(dāng)槳徑小于600mm時(shí)，可用一對(duì)螺栓固定、槳徑由700~1100mm時(shí)，可用兩對(duì)螺栓固定（見(jiàn)圖2-45）。當(dāng)槳徑上大于1100mm時(shí)，為了傳遞扣矩可靠，在用螺桂夾緊的同時(shí)還要用一穿軸螺栓使葉輪與槳軸固定。

為了提高攪拌器葉輪的強(qiáng)度與剛度，可根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算決定在葉輪上單側(cè)加筋或兩側(cè)加筋.