搅拌桨叶地选型和设计计算

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

电 减速器 动 减速器 容器 机 排料管 挡板

适用物料：低粘度物料 容 器 搅 拌器 排料管 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。

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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，

AABBab 则容器内液体A的平均体积浓度CA0为： VACA0 V V （理论值）

AB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：

C

IA CA （当样品中CA  CA0时） 0

1CA或 I （当样品中CA  CA0时）

1CA0

显然 I ≤1

若取m个样品，则该样品的平均调匀度为  II1I2Imm

当混合均匀时 I1

2、混合尺度

设有A、B两种液体混合后达到微粒均布状态。

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AAB（a）（b）B 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：

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特点：a、流型：轴流型，以轴流混合为主，伴有切向流，经向流，湍动程度不高。 b、循环量大，适用于宏观混合 c、适用低粘度物料混合，≤2000c p。 d、桨转速较高，圆周速度u=5~15m/s n=100~500rpm e、d j=(0.2~0.5)D (以0.33居多) （2）涡轮式搅拌器 相似于无壳的离心泵 组成：圆盘、轴、 叶片（4~8）

特点： ①流型：径向流型 伴有 轴向流 切向流 ②有两个回路 ③易产生“分层效应” （不适于混合含有较重固体颗粒悬浮液） ④d j=（0.2~0.5)D (0.33居多)

d j：L：b=20：5：4 ⑤适合混合中低粘度的物料， ≤5000c

u=4~8m/s n=10~300r.p.m。

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。

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（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＞5000c p时，其搅动 范围为0.5D，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D n的桨

结构：

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桨式搅拌器特点：

①桨叶尺寸大, dj/D=0.5~0.8 宽度大,b：dj=0.1~0.25 ②转速低,u=1.5~2m/s ; n=1~100 rpm 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。

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（4）锚删式搅拌器 结构：

2、搅拌容器 形状：

敞开式封闭式锥型底圆弧底 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 根据实验一般： H/D=1~3 液—固相 D H 液—液相 H/D=1~2 气—液相 H/D=1.7 ~2.5发酵容器 ②搅拌容器装料量 搅拌容器装满程度用装满系数 η 表示 文案大全

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η=Vg/ V

式中: V g 实际盛装物料的容积 V 容器全容积 η=0.6~0.85

如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态 η=0.6~0.7 (取低值)

当物料反映平稳或粘度较大时 η=0.8~0.85 (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:

H 

VD2HD3 44D将H/D 及V=V g/η 代入

4Vg D3(H/D)

注:D应圆整为标准直径 容器高度计算:  VvD2H 4式中:v 封头部分容积 Vg

v H2

D 4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

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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

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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 Wb 1.2 式中：W b—挡板宽度 ().nb0.35 dj d j —液轮直径 n b —挡板数目

1通常： Wbnb4 dj10

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

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4、轴封 （1）填料密封 特点： ①结构简单 ②成本低 ③对轴磨损大 ④摩擦功耗大 ⑤需经常调解 （2）机械密封 特点： ① 密封可靠 ②对轴无磨损 ③ 摩擦功耗小 ④使用寿命长 ⑤无需调整 ⑥ 结构复杂 ⑦成本高

5、传动系统 组成： 电机、 减速器、 联轴器、 搅拌器

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五、功率计算 1、计算方法

影响功率的因素： N=f(n,d j,ρ,μ,g)

结构参数：d j 、D 、 H 、W b

运动参数：n 找出无因次数群 物性参数：ρ、μ N用

pKRexyFr

式中：φ—功率因素

当加设挡板时，消除打旋，Y=0, Fr=1. ∴ φ=Np=k Rex

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

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（1） Re<10时，(层流区）为直线, 斜率为-1。 ∴logNp =logK －logRe 将Np,Re代入得

N= Kn2 dj3

试验测得：k≈1 当 n一定时功率与μ.dj3 成正比 （2） 10 < Re < 104时，(过渡流区） （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

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