化工攪拌器的設計

化工攪拌器的設計,化工攪拌器的設計,化工,攪拌器,設計 黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 6 頁 攪拌器的研究與分析 摘要： 攪拌機式攪拌設備的心臟。在攪拌機設計及使用過程中，合理的選取攪拌機的結(jié)構(gòu)，運動和工作參數(shù)，直接關(guān)系到混泥土等材料的攪拌質(zhì)量和攪拌效率。論文對攪拌臂的排列、攪拌葉片的安裝角、拌筒長寬比、攪拌機轉(zhuǎn)速和攪拌時間等主要參數(shù)的選取進行分析與實驗研究。通過歸納，給出了雙臥軸攪拌機的主要參數(shù)，包括攪拌臂排列、葉片安裝角、拌筒長寬比、攪拌線速度等；給出了評價攪拌機參數(shù)合理與否的準則；給出了攪拌臂排列的基本原則。 關(guān)鍵詞：拌臂排列，葉片安裝角，拌筒長寬比，攪拌線速度 1 攪拌機的簡介 通常攪拌裝置由作為原動機的馬達(電動、風動或液壓)，減速機與其輸出軸相連的攪拌抽，和安裝在攪拌軸上的葉輪組成 減速機體通過一個支架或底板與攪拌容器相連。當容器內(nèi)部有壓力時，攪拌軸穿過底板進入容器時應有一個密封裝置，常用填料密封或機械密封。通常馬達與密封均外購，研究的重點是葉輪。葉輪的攪拌作用表現(xiàn)為“泵送”和 渦流”，即產(chǎn)生流體速度和流體剪切，前者導至全容器中的回流，介質(zhì)易位，防止固體的沉淀并產(chǎn)生對換熱熱管束 (如果有)的沖刷；剪切是一種大回流中的微混合，可以打碎氣泡或不可溶的液滴，造成“均勻”。 氣體和低黏度液體混合機械的特點是結(jié)構(gòu)簡單，且無轉(zhuǎn)動部件，維護檢修量小，能耗低。這類混合機械又分為氣流攪拌、管道混合、射流混合和強制循環(huán)混合等四種。 中、高黏度液體和膏狀物的混合機械，一般具有強的剪切作用；熱塑性的物料混合機主要用于熱塑性物料(如橡膠和塑料)與添加劑混合；粉狀、粒狀固體物料混合機械多為間歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的機械，如輪輾機等。 混合時要求所有參與混合的物料均勻分布?；旌系某潭确譃槔硐牖旌?、隨機混合和完全不相混三種狀態(tài)。各種物料在混合機械中的混合程度，取決于待混物料的比例、物理狀態(tài)和特性，以及所用混合機械的類型和混合操作持續(xù)的時間等因素。 液體的混合主要靠機械攪拌器、氣流和待混液體的射流等，使待混物料受到攪動，以達到均勻混合。攪動引起部分液體流動，流動液體又推動其周圍的液體，結(jié)果在溶器內(nèi)形成循環(huán)液流，由此產(chǎn)生的液體之間的擴散稱為主體對流擴散。 當攪動引起的液體流動速度很高時，在高速液流與周圍低速液流之間的界面上出現(xiàn)剪切作用，從而產(chǎn)生大量的局部性漩渦。這些漩渦迅速向四周擴散，又把更多的液體卷進漩渦中來，在小范圍內(nèi)形成的紊亂對流擴散稱為渦流擴散。 機械攪拌器的運動部件在旋轉(zhuǎn)時也會對液體產(chǎn)生剪切作用，液體在流經(jīng)器壁和安裝在容器內(nèi)的各種固定構(gòu)件時，也要受到剪切作用，這些剪切作用都會引起許多局部渦流擴散。 攪拌引起的主體對流擴散和渦流擴散，增加了不同液體間分子擴散的表面積減少了擴散距離，從而縮短了分子擴散的時間。若待混液體的粘度不高，可以在不長的攪拌時間內(nèi)達到隨機混合的狀態(tài)；若粘度較高，則需較長的混合時間。 對于密度、成分不同、互不相溶的液體，攪拌產(chǎn)生的剪切作用和強烈的湍動將密度大的液體撕碎成小液滴并使其均勻地分散到主液體中。攪拌產(chǎn)生的液體流動速度必須大于液滴的沉降速度。 少量不溶解的粉狀固體與液體的混合機理，與密度成分不同，互不相溶的液體的混合機理相同，只是攪拌不能改變粉狀固體的粒度。若混合前固體顆粒不能使其沉降速度小于液體的流動速度，無論采用何種攪拌方式都形不成均勻的懸浮液。 不同膏狀物的混合主要是將待混物料反復分割并使其受到壓、輾、擠等動作所產(chǎn)生的強剪切作用，隨后又經(jīng)反復合并、捏合，最后達到所要求的混合程度。這種混合很難達到理想混合，僅能達到隨機混合。粉狀固體與少量液體混合后為膏狀物，其混合機理與膏狀物料混合的機理相同。 不同的熱塑性物料以及熱塑性物料與少量粉狀固體的混合，需要依靠強剪切作用，反復地揉搓和捏合，才能達到隨機混合。 2 攪拌機的發(fā)展史及現(xiàn)狀 攪拌混合設備是一種應用廣泛、品種繁多的流體機械產(chǎn)品，適用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品和飼料等領(lǐng)域。攪拌操作是工業(yè)反應過程的重要環(huán)節(jié)，它的原理涉及流體力學、傳熱、傳質(zhì)及化學反應等多種過程，而攪拌器是為了使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流動場而向其輸入機械能量的裝置。因此攪拌器也叫做Mixer，或叫做Agitator,Stirrer。廣義的攪拌還包括將固體微粒分散懸浮在溶液里面或?qū)⑷芤鹤兂删鶆虻娜榛?，因此它包括分散器和均質(zhì)機。某些攪拌器能產(chǎn)生極大的剪切力，以獲得細化的粒子比膠體磨大10倍以上的亞微米懸浮體，因此，可用于制造色拉醬、美容乳之類的精細食品和化學品。石化工業(yè)常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應釜、汽提釜等統(tǒng)稱為攪拌容器（Agitatored Vessels，或Stirred Vessels）。 近年來，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時，正面臨著滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟化和品種多樣化的同時，正日趨大型化。日立制作所自1949年生產(chǎn)攪拌反應釜以來已為聚氯乙烯、對苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產(chǎn)了攪拌反應釜近4000臺，容器的最大容量達576m ，最大直徑達7620 mm，圓筒部分最大長度達 44380 mm，設計壓力最大 28 MPa，設計溫度最高 530 cI二，電機最大功率達 1100 kW。基于節(jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動代替機械傳動?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設備平均維修間隔時間的要求，大大提高了設備運行壽命?；跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實現(xiàn)了CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌)，提高了自動化水平，避免了人與產(chǎn)品的接觸，減少了人工操作和待機時間，大大提高了產(chǎn)品的衛(wèi)生水平。 3 攪拌過程及攪拌槳葉的分類 攪拌技術(shù)觀點看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應用，而每一種攪拌應用又可根據(jù)物理過程和化學過程分為兩種類型。因此，總共有十種基本的攪拌應用。每一種基本攪拌應用都有各自的攪拌特點，過程要求和放大設計準則。實際應用時，每種攪拌應用往往會有幾種基本攪拌應用組成，如絮凝攪拌過程由液液混合和固體懸浮兩個基本攪拌應用組成。 攪拌機主要有電機、減速裝置、攪拌軸和槳葉等組成。攪拌槳葉的形式多種多樣但無論何種槳葉形式，攪拌機在操作時，其軸功率消耗都產(chǎn)生兩部分作用，一部分是槳葉產(chǎn)生的排液量，另一部分是槳葉產(chǎn)生的壓頭。槳葉產(chǎn)生的壓頭又可分成兩部分，即靜壓頭和剪切力；攪拌機槳葉在操作時，必須克服靜壓頭，而剪切力使得物料分散、混合。因此，根據(jù)槳葉產(chǎn)生排液量，克服靜壓頭和產(chǎn)生剪切力能力的大小，可將所有槳葉分成三種基本類型，即流動型、壓頭型和剪切型。每一種槳葉在提供某種基本作用的同時（如流動型槳葉的基本作用是產(chǎn)生排液量），也提供另外兩種作用（產(chǎn)生剪切和克服靜壓頭）。 ? 根據(jù)不同的攪拌工程對攪拌要求的不同，選擇一種合理的槳葉形式，使得攪拌槳葉提供的排液量，靜壓頭和剪切之匹配能最大限度地滿足攪拌過程的攪拌要求。如固體懸浮及互容液體的混合，要求槳葉能提供大排液量、低剪切。而氣一液分散，要求槳葉能同時提供剪切、排液量和靜壓。 ? 攪拌槳葉的分類，也可以按照槳葉對流體作用所產(chǎn)生的流動型態(tài)來分，可將槳葉分成兩種類型-軸流式槳葉及徑流式槳葉。所謂軸流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸平行，螺旋推進式槳葉即是一種典型的軸流式槳葉；所謂徑流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸垂直。 帶有“Sabre"形狀葉片的攪拌槳，攪拌能耗量小，產(chǎn)生的流動為主導軸向型，確保非常有效。帶有450傾斜平板葉片的軸向攪拌槳，對中小體積的攪拌最為經(jīng)濟。這種攪拌槳葉產(chǎn)生的流動為主導軸向型帶徑?向流，產(chǎn)生剪切擾動。在不粘的介質(zhì)中這種攪拌槳葉對大多數(shù)應用均非常理想，特別是那些需要高速低能耗的場合。例如： 被用于進行懸浮或熱交換。傾斜的槳葉低速運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較高的擾動。這種基本攪拌槳葉通常對一些簡單攪拌應用有效。 螺旋推進式型槳葉，對小體積的攪拌最為經(jīng)濟。在無粘性的介質(zhì)中，適合于氣-液交換及熱交換。用于固體、混合物、乳液的傳統(tǒng)槳葉，產(chǎn)生中等水平產(chǎn)生徑向流，具高抗動性和高能耗，專用于特殊應用。由于重量原因，這種槳葉僅用小直徑，經(jīng)常用高速運行（電機直接驅(qū)動）。 4 攪拌機的分類 攪拌機是以混合、揉和方式調(diào)整物料稠度的一種機械設備。攪拌機在工業(yè)生產(chǎn)中，特別是在建筑、水泥等領(lǐng)域有著非常重要的應用。攪拌機按照的分類方式很多，下分多個種類，以下是常見的攪拌機劃分方法與攪拌機種類。 4.1 攪拌機的作業(yè)方式分類 攪拌機按照作業(yè)方式上的差別，可以分為循環(huán)作業(yè)式攪拌機和連續(xù)作業(yè)式攪拌機兩種。 循環(huán)作業(yè)式攪拌機是以周期循環(huán)方式，順序完成供料、攪拌和卸料三道工序，對于物料用量的控制較為精準，物料攪拌的效果較好。目前，在實際生產(chǎn)中應用的攪拌機多屬于循環(huán)作業(yè)式攪拌機。 連續(xù)作業(yè)式攪拌機對物料的處理，同樣經(jīng)過供料、攪拌和卸料三道工序，但是這三道工序是在攪拌機附屬的筒體內(nèi)連續(xù)完成的。連續(xù)作業(yè)式攪拌機對物料的配比控制能力較差、也不易掌握物料攪拌的時間，但連續(xù)作業(yè)式攪拌機的生產(chǎn)能力較高、生產(chǎn)量較大，適合物料處理效果要求低的攪拌工作。 4.2 攪拌機的攪拌方式分類 攪拌機按照攪拌方式上的差別，可以分為自落式攪拌機和強制式攪拌機兩種。 自落式攪拌機是攪拌鼓轉(zhuǎn)動而攪拌鼓內(nèi)的葉片相對靜止。自落式攪拌機工作時，攪拌鼓會旋轉(zhuǎn)帶動混合物料，葉片將混合物料提升到一定高度后，物料會在自身的重力作用下灑落，完成攪拌的過程。 強制式攪拌機是攪拌鼓保持靜止而葉片強制攪拌。強制式攪拌機工作時葉片會在轉(zhuǎn)軸的帶動下轉(zhuǎn)動，強制攪拌混合物料。強制式攪拌機的攪拌質(zhì)量好、攪拌效率高，但是葉片磨損速度很快，且需要很大的動力輸出。 4.3 攪拌機的裝置方式分類 攪拌機按照裝置方式分為固定式攪拌機和移動式攪拌機兩種。固定式攪拌機安裝在固定基座上，整機無法移動，生產(chǎn)效率高，多適用于攪拌樓或攪拌站使用。移動式攪拌機安裝在汽車上，易于移動、機動性好，多適用于各種小型工程。 4.4 攪拌機的容量大小分類 攪拌機的設計容量范圍很大，從50L到3000L都有。小型攪拌機的出料容量為50到250L，而中型攪拌機的出料容量就上升至300到500L，大型攪拌機的容量則高達1000到3000L。 4.5 攪拌機的內(nèi)部構(gòu)造分類 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(gòu)成。槳葉直徑與高度之比為 4～10,圓周速度為1.5～3m/s，所產(chǎn)生的徑向液流速度較小。斜槳式攪拌器的兩葉相反折轉(zhuǎn)45°或60°，因而產(chǎn)生軸向液流。槳式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單，常用于低粘度液體的混合以及固體微粒的溶解和懸浮。 5 攪拌機的應用范圍 新型攪拌器系換代產(chǎn)品，是化工和建材行業(yè)攪拌設備無可替代的產(chǎn)物，實現(xiàn)了正確“攪和拌”的問世，從而淘汰其它攪拌設備所以承但的重任。它以其超常規(guī)的構(gòu)思和精銳的技術(shù)含量，合理的設計水準，填補了國際空白。其廣泛用于油漆、涂料、染料、制革、醫(yī)藥、飲料、粘膠劑、食品、洗滌品、化妝品及各種固態(tài)物體等。有取之不盡的財富。對物體分散、乳化、均質(zhì)、調(diào)色等較之傳統(tǒng)攪拌機的攪拌效果更加理想、直觀、是攪拌行業(yè)的一次革命。另一方面，我們和一些發(fā)達國家還存在一定的距離，這就需要我們汲取和借鑒國外的先進技術(shù)，使我們的產(chǎn)品更加完美。 參考文獻 [1] 黎明，化工行業(yè)標準-攪拌器[M].北京：化學工業(yè)出版社,2008-10. 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