搅拌桨叶的选型和设计计算

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

减速器容器

排料管挡板

适用物料：低粘度物料

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

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。

电

动

机

减速器

搅

拌

器

容

器

排料管

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.

则容器液体A 的平均体积浓度CA0为： （理论值） 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： （当样品中CA < CA0时）

或 （当样品中CA > CA0时）

显然 I ≤1

若取m 个样品.则该样品的平均调匀度为

当混合均匀时

2、混合尺度

设有A 、B 两种液体混合后达到微粒均布状态。

B

A A A V V V C +=00A A C C I =0

11A A

C C I --=m I I I I m

+⋯⋯++=-

211

=-

I

A B

A

B （a）（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。

.

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：

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. μ≤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。

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）

（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）

（3）桨式搅拌器

当μ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围

结构：水的搅动范围为4D

当μ＞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μ时，应采用D n 的桨

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.可产生小围轴向流

④适合低粘度物料μ＞5000CP

⑤当容器液位较高时.可在同一轴上安装几个桨叶。

（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

②搅拌容器装料量

表示

根据实验一般：

H/D=1~3 液—固相

液—液相

H/D=1~2 气—液相

H/D=1.7 ~2.5发酵容器

H

D

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: 将H/D 及V=V g/η 代入

注:D 应圆整为标准直径 容器高度计算: 式中:v 封头部分容积

注:H 应圆整

校核:H/D 及η值是否在推荐围 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

D H D H D V 3244ππ==3

)/(4D H Vg D ηπ=H D v V 24

π=-2

4D

v

Vg H πη-=