攪拌器內的流型取決于攪拌方式,攪拌器、釜、擋板等的幾何特征,流體性質以及轉速等因素。在一般情況下,攪拌軸安裝在釜中心時,將產生三種基本流型:1 切向流2 軸向流(圖中b, c)3 徑向流(圖中a, d, e, f)。上述三種基本流型,平涼攪拌器,可能同時存在。
其中,軸向流與徑向流對混合起主要作用,而切向流應加以抑制,可通過加入擋板削弱切向流,以增強軸向流與徑向流。不同的槳型和槳徑對流型有重要的影響,如下圖所示。圖中b,c為軸向流,但是采用大直徑的PBT槳葉或者流體粘度增大會使流型轉變成徑向流。另外,采用多層PBT槳也會使各槳葉產生單獨的徑向流。
具體到攪拌器型號上,推進式攪拌器是軸流型的代表,平直葉圓盤渦輪攪拌器是徑流型的代表,而斜葉渦輪攪拌器是混合流型的代表,立式攪拌器,
以上都是攪拌器在中心線安裝的流型,可是當物料粘度不大,攪拌器在中心線安裝有時會造成打旋現象,形成漩渦后會大大降低混合效果。解決方法有很多:可以改變攪拌器直徑,也可考慮安裝擋板,在無擋板的攪拌容器中,攪拌器偏心安裝也可以獲得較好的攪拌效果,另外導流筒、內盤管等附件也可以起到擋板的效果。而在大型油釜中,一般采用側面插入安裝方式,通常也可獲得較好的釜內整體循環。該場合若采用側面射流混合方式,也可得到相似的混合效果,安裝方式方面還有傾斜安裝方式。
螺帶要用支撐拉桿固定在攪拌軸上,一般每個螺距內要在螺帶上焊上2—3根拉桿。拉桿的里端制成半圓狀的軸環,軸環方面也可以根據需要使用軸肩,不過軸肩的價格肯定是要比軸環高一些,用螺桿夾緊在攪拌軸上。為了可靠地傳遞扭矩,在若干軸環上有鍵與攪拌軸相配,其他軸環上僅有止動螺釘即可(止動螺釘是和拉桿配合使用,主要是用于控制三板模中的定模座板,并且可在高溫環境中精密操作,可使螺帶式攪拌器適用于各種環境),如果螺帶很長,可分段制造,各段之間再用螺栓連接起來形成一體,反應釜攪拌器,典型的螺帶式攪拌器結構如圖2-62。也有的結構是將很長的螺帶分成獨立的幾段,每段內螺帶焊成一體,而各段獨立地用拉桿軸環固定在攪拌軸上,各段螺帶間并無連接。
螺帶式攪拌器的通用尺寸為槳葉寬與罐徑比b/D=0.1,螺距與槳徑比s/dj=0.5-1.0。當用圓鋼制作時,都是用在小的槳徑上,如某些引進攪拌器中有的槳徑dj=275mm,其圓鋼螺帶直徑10mm;有的槳徑dj=425mm,其圓鋼螺帶直徑15mm。
攪拌器懸浮臨界轉速的確定
所謂懸浮臨界轉速,是指攪拌釜內懸浮操作達到某一的懸浮狀態時,攪拌器轉速的小值。只有確定了攪拌器臨界轉速,才能計算出過程所需要的小功率?! ?1)完全離底懸浮的臨界轉速,攪拌器的完全離底懸浮臨界轉速常用直接觀察法和電導法測定。
直接觀察法是用肉眼觀察攪拌釜底顆粒運動狀態,當顆粒全部處于運動時,且顆粒在釜底停留(靜止)時間不超過1~2s,不銹鋼攪拌器,即認為達到了完全離底懸浮。此法用于實驗室研究能夠得到滿意的結果。
電導法是在釜底安裝多個電導元件,根據電信號的變化,確定完全離底懸浮臨界轉速。此法可用于不透明釜體的測量上。
在固-液懸浮操作中,對完全離底懸浮的研究較多,也發表了不少有關攪拌器臨界轉速的關聯式。
Zwietering通過大量的研究發現,關聯式要依據攪拌釜結構尺寸、固相濃度、液體黏度、固體顆粒粒徑、固-液兩相密度差等影響懸浮操作的主要因素。
(2)均勻懸浮臨界轉速,均勻懸浮臨界轉速的確定,常用的方法是通過測釜內各點的固相濃度,根據釜內固相濃度分布的均勻度來判斷。
一般情況下,釜內很難達到均勻懸浮,典型的固體顆粒沿釜深濃度分布如上圖所呈,在低轉速下,濃度分布不均勻,釜上部濃度低于平均濃度,釜下部濃度高予平均濃度。隨著攪拌器轉速的增加,濃度分布趨于均勻。當轉速增加到一定程度,濃度均勻性不再增加,沿液面深度始終存在有一定的濃度差,而且從釜中可明顯地看出沿液深總有一高濃度區。
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