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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述） 第 6 頁
攪拌器的研究與分析
摘要： 攪拌機(jī)式攪拌設(shè)備的心臟。在攪拌機(jī)設(shè)計(jì)及使用過程中，合理的選取攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)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(duì)攪拌臂的排列、攪拌葉片的安裝角、拌筒長寬比、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)間等主要參數(shù)的選取進(jìn)行分析與實(shí)驗(yàn)研究。通過歸納，給出了雙臥軸攪拌機(jī)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(píng)價(jià)攪拌機(jī)參數(shù)合理與否的準(zhǔn)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(jī)的簡介
通常攪拌裝置由作為原動(dòng)機(jī)的馬達(dá)(電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)或液壓)，減速機(jī)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(jī)體通過一個(gè)支架或底板與攪拌容器相連。當(dāng)容器內(nèi)部有壓力時(shí)，攪拌軸穿過底板進(jìn)入容器時(shí)應(yīng)有一個(gè)密封裝置，常用填料密封或機(jī)械密封。通常馬達(dá)與密封均外購，研究的重點(diǎn)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(dǎo)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(duì)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(jī)械的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，且無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，維護(hù)檢修量小，能耗低。這類混合機(jī)械又分為氣流攪拌、管道混合、射流混合和強(qiáng)制循環(huán)混合等四種。
中、高黏度液體和膏狀物的混合機(jī)械，一般具有強(qiáng)的剪切作用；熱塑性的物料混合機(jī)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(jī)械多為間歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的機(jī)械，如輪輾機(jī)等。
混合時(shí)要求所有參與混合的物料均勻分布。混合的程度分為理想混合、隨機(jī)混合和完全不相混三種狀態(tài)。各種物料在混合機(jī)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(jī)械的類型和混合操作持續(xù)的時(shí)間等因素。
液體的混合主要靠機(jī)械攪拌器、氣流和待混液體的射流等，使待混物料受到攪動(dòng)，以達(dá)到均勻混合。攪動(dòng)引起部分液體流動(dòng)，流動(dòng)液體又推動(dòng)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(kuò)散稱為主體對(duì)流擴(kuò)散。
當(dāng)攪動(dòng)引起的液體流動(dòng)速度很高時(shí)，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(kuò)散，又把更多的液體卷進(jìn)漩渦中來，在小范圍內(nèi)形成的紊亂對(duì)流擴(kuò)散稱為渦流擴(kuò)散。
機(jī)械攪拌器的運(yùn)動(dòng)部件在旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)對(duì)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(shí)，也要受到剪切作用，這些剪切作用都會(huì)引起許多局部渦流擴(kuò)散。
攪拌引起的主體對(duì)流擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散，增加了不同液體間分子擴(kuò)散的表面積減少了擴(kuò)散距離，從而縮短了分子擴(kuò)散的時(shí)間。若待混液體的粘度不高，可以在不長的攪拌時(shí)間內(nèi)達(dá)到隨機(jī)混合的狀態(tài)；若粘度較高，則需較長的混合時(shí)間。
對(duì)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(qiáng)烈的湍動(dòng)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(dòng)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(jī)理，與密度成分不同，互不相溶的液體的混合機(jī)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(dòng)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(fù)分割并使其受到壓、輾、擠等動(dòng)作所產(chǎn)生的強(qiáng)剪切作用，隨后又經(jīng)反復(fù)合并、捏合，最后達(dá)到所要求的混合程度。這種混合很難達(dá)到理想混合，僅能達(dá)到隨機(jī)混合。粉狀固體與少量液體混合后為膏狀物，其混合機(jī)理與膏狀物料混合的機(jī)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(qiáng)剪切作用，反復(fù)地揉搓和捏合，才能達(dá)到隨機(jī)混合。
2 攪拌機(jī)的發(fā)展史及現(xiàn)狀
攪拌混合設(shè)備是一種應(yīng)用廣泛、品種繁多的流體機(jī)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(yīng)過程的重要環(huán)節(jié)，它的原理涉及流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)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(dòng)場而向其輸入機(jī)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(jī)。某些攪拌器能產(chǎn)生極大的剪切力，以獲得細(xì)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(xì)食品和化學(xué)品。石化工業(yè)常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應(yīng)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(shí)，正面臨著滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí)，正日趨大型化。日立制作所自1949年生產(chǎn)攪拌反應(yīng)釜以來已為聚氯乙烯、對(duì)苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產(chǎn)了攪拌反應(yīng)釜近4000臺(tái)，容器的最大容量達(dá)576m ，最大直徑達(dá)7620 mm，圓筒部分最大長度達(dá) 44380 mm，設(shè)計(jì)壓力最大 28 MPa，設(shè)計(jì)溫度最高 530 cI二，電機(jī)最大功率達(dá) 1100 kW?；诠?jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備平均維修間隔時(shí)間的要求，大大提高了設(shè)備運(yùn)行壽命。基于滿足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實(shí)現(xiàn)了CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌)，提高了自動(dòng)化水平，避免了人與產(chǎn)品的接觸，減少了人工操作和待機(jī)時(shí)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(diǎn)看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應(yīng)用，而每一種攪拌應(yīng)用又可根據(jù)物理過程和化學(xué)過程分為兩種類型。因此，總共有十種基本的攪拌應(yīng)用。每一種基本攪拌應(yīng)用都有各自的攪拌特點(diǎn)，過程要求和放大設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，每種攪拌應(yīng)用往往會(huì)有幾種基本攪拌應(yīng)用組成，如絮凝攪拌過程由液液混合和固體懸浮兩個(gè)基本攪拌應(yīng)用組成。
攪拌機(jī)主要有電機(jī)、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(jī)在操作時(shí)，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(jī)槳葉在操作時(shí)，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(dòng)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(shí)（如流動(dòng)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(duì)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(shí)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(duì)流體作用所產(chǎn)生的流動(dòng)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(jìn)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(dòng)為主導(dǎo)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(duì)中小體積的攪拌最為經(jīng)濟(jì)。這種攪拌槳葉產(chǎn)生的流動(dòng)為主導(dǎo)軸向型帶徑?向流，產(chǎn)生剪切擾動(dòng)。在不粘的介質(zhì)中這種攪拌槳葉對(duì)大多數(shù)應(yīng)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(jìn)行懸浮或熱交換。傾斜的槳葉低速運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較高的擾動(dòng)。這種基本攪拌槳葉通常對(duì)一些簡單攪拌應(yīng)用有效。
螺旋推進(jìn)式型槳葉，對(duì)小體積的攪拌最為經(jīng)濟(jì)。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(dòng)性和高能耗，專用于特殊應(yīng)用。由于重量原因，這種槳葉僅用小直徑，經(jīng)常用高速運(yùn)行（電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)）。
4 攪拌機(jī)的分類
攪拌機(jī)是以混合、揉和方式調(diào)整物料稠度的一種機(jī)械設(shè)備。攪拌機(jī)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(yīng)用。攪拌機(jī)按照的分類方式很多，下分多個(gè)種類，以下是常見的攪拌機(jī)劃分方法與攪拌機(jī)種類。
4.1 攪拌機(jī)的作業(yè)方式分類
攪拌機(jī)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(jī)和連續(xù)作業(yè)式攪拌機(jī)兩種。
循環(huán)作業(yè)式攪拌機(jī)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(duì)于物料用量的控制較為精準(zhǔn)，物料攪拌的效果較好。目前，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的攪拌機(jī)多屬于循環(huán)作業(yè)式攪拌機(jī)。
連續(xù)作業(yè)式攪拌機(jī)對(duì)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(jī)附屬的筒體內(nèi)連續(xù)完成的。連續(xù)作業(yè)式攪拌機(jī)對(duì)物料的配比控制能力較差、也不易掌握物料攪拌的時(shí)間，但連續(xù)作業(yè)式攪拌機(jī)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(jī)的攪拌方式分類
攪拌機(jī)按照攪拌方式上的差別，可以分為自落式攪拌機(jī)和強(qiáng)制式攪拌機(jī)兩種。
自落式攪拌機(jī)是攪拌鼓轉(zhuǎn)動(dòng)而攪拌鼓內(nèi)的葉片相對(duì)靜止。自落式攪拌機(jī)工作時(shí)，攪拌鼓會(huì)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)混合物料，葉片將混合物料提升到一定高度后，物料會(huì)在自身的重力作用下灑落，完成攪拌的過程。
強(qiáng)制式攪拌機(jī)是攪拌鼓保持靜止而葉片強(qiáng)制攪拌。強(qiáng)制式攪拌機(jī)工作時(shí)葉片會(huì)在轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，強(qiáng)制攪拌混合物料。強(qiáng)制式攪拌機(jī)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(dòng)力輸出。
4.3 攪拌機(jī)的裝置方式分類
攪拌機(jī)按照裝置方式分為固定式攪拌機(jī)和移動(dòng)式攪拌機(jī)兩種。固定式攪拌機(jī)安裝在固定基座上，整機(jī)無法移動(dòng)，生產(chǎn)效率高，多適用于攪拌樓或攪拌站使用。移動(dòng)式攪拌機(jī)安裝在汽車上，易于移動(dòng)、機(jī)動(dòng)性好，多適用于各種小型工程。
4.4 攪拌機(jī)的容量大小分類
攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)容量范圍很大，從50L到3000L都有。小型攪拌機(jī)的出料容量為50到250L，而中型攪拌機(jī)的出料容量就上升至300到500L，大型攪拌機(jī)的容量則高達(dá)1000到3000L。
4.5 攪拌機(jī)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(jī)的應(yīng)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(shè)備無可替代的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了正確“攪和拌”的問世，從而淘汰其它攪拌設(shè)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(shè)計(jì)水準(zhǔn)，填補(bǔ)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(cái)富。對(duì)物體分散、乳化、均質(zhì)、調(diào)色等較之傳統(tǒng)攪拌機(jī)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(dá)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(jìn)技術(shù)，使我們的產(chǎn)品更加完美。
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