依靠搅拌器在搅拌槽中转动对液体进行搅拌,是化工生产中将气体、液体或固体颗粒分散于液体中的常用方法。
简介
以机械搅拌用于水处理中混凝过程为研究对象 ,在 0 .75 m× 0 .75 m× 1 m方形搅拌槽中 ,利用配制的两种污水 ,以 Al2 ( SO4 ) 3· 1 8H2 O为絮凝剂 ,采用三种不同直径的轴流式 CBY型搅拌桨 ,分别得出适用于快速混合过程及絮凝过程的机械搅拌操作参数 :( 1 )对于快速混合过程 ,搅拌桨直径增加 ,絮凝剂混匀所需输入功率增大 ;( 2 )对于三级絮凝过程 ,三级絮凝搅拌桨叶端线速度之比为3∶ 2∶ 1 ,第一级叶端线速度的适宜范围为 :1 .5~ 1 .8m/s;输入功率相同时 ,不同直径搅拌桨的絮凝效果相当 ;对于 CBY型搅拌桨 ,离底距离对絮凝效果影响不大。
产品形态
依靠搅拌器在搅拌槽中转动对液体进行有时槽外装有夹套,或在槽内设有蛇管等换热器件,用以加热或冷却槽内物料。槽壁内侧常装有几条垂直挡板,用以消除液体高速旋转所造成的液面凹陷旋涡,并可强化液流的湍动,以增强混合效果。搅拌器一般装在转轴端部,通常从槽顶插入液层(大型搅拌槽也有用底部伸入式的)。有时在搅拌器外围设置圆筒形导流筒,促进液体循环,消除短路和死区。对于高径比大的槽体,为使全槽液体都得到良好搅拌,可在同一转轴上安装几组搅拌器。搅拌器轴用电动机通过减速器带动。如果过程中物料性质有变化,最好能用多级变速或
无级变速。带动搅拌器的另一种方法是磁力传动,即在槽外施加旋转磁场,使设在槽内的磁性元件旋转,带动搅拌器搅拌液体。采用磁力传动可回避高压动密封,气密性很好。
类型分类
①
旋桨式搅拌器由2~3片推进式螺旋桨叶构成(图2),工作转速较高,叶片外缘的圆周速度一般为5~15m/s。旋桨式搅拌器主要造成轴向液流,产生较大的循环量,适用于搅拌低粘度 (<2Pa·s)液体、乳浊液及固体微粒含量低于10%的悬浮液。搅拌器的转轴也可水平或斜向插入槽内,此时液流的循环回路不对称,可增加湍动,防止液面凹陷。 ②
涡轮式搅拌器由在水平圆盘上安装2~4片平直的或弯曲的叶片所构成(图3)。桨叶的外径、宽度与高度的比例,一般为20:5:4,圆周速度一般为 3~8m/s。涡轮在旋转时造成高度湍动的径向流动,适用于气体及不互溶液体的分散和液液相反应过程。被搅拌液体的粘度一般不超过25Pa·s。 ③
桨式搅拌器有平桨式和斜桨式两种。
平桨式搅拌器由两片平直桨叶构成。桨叶直径与高度之比为 4~10,圆周速度为1.5~3m/s,所产生的径向液流速度较小。斜桨式搅拌器(图4)的两叶相反折转45°或60°,因而产生轴向液流。桨式搅拌器结构简单,常用于低粘度液体的混合以及固体微粒的溶解和悬浮。 ④
锚式搅拌器桨叶外缘形状与搅拌槽内壁要一致(图5),其间仅有很小间隙,可清除附在槽壁上的粘性反应产物或堆积于槽底的固体物,保持较好的传热效果。桨叶外缘的圆周速度为0.5~1.5m/s,可用于搅拌粘度高达 200Pa·s的
牛顿型流体和拟塑性流体(见
粘性流体流动。唯搅拌高粘度液体时,液层中有较大的停滞区。 ⑤螺带式搅拌器螺带的外径与螺距相等(图6),专门用于搅拌高粘度液体(200~500Pa·s)及拟塑性流体,通常在层流状态下操作。 搅拌功率搅拌器向液体输出的功率P,按下式计算: P=KdNρ
式中K为功率准数,它是搅拌雷诺数Rej(Rej=dNρ/μ)的函数;d和N 分别为搅拌器的直径和转速;ρ和μ分别为混合液的密度和粘度。对于一定几何结构的搅拌器和搅拌槽,K与Rej的函数关系可由实验测定,将这函数关系绘成曲线,称为功率曲线(图7)。 搅拌器的类型、尺寸及转速,对搅拌功率在总体流动和湍流脉动之间的分配都有影响。一般说来,
涡轮式搅拌器的功率分配对湍流脉动有利,而
旋桨式搅拌器对总体流动有利。对于同一类型的搅拌器来说,在功率消耗相同的条件下,大直径、低转速的搅拌器,功率主要消耗于总体流动,有利于宏观混合。小直径、高转速的搅拌器,功率主要消耗于湍流脉动,有利于微观混合。搅拌器的放大是与工艺过程有关的复杂问题,至今只能通过逐级经验放大,根据取得的放大判据,外推至工业规模。
机械搅拌的优点
据数据统计,机械搅拌通风发酵罐搅拌所消耗的能源占发酵全过程的一半左右,提出了一种在机械搅拌通风发酵罐内增加射流混合来强化通风发酵罐溶氧过程和降低其发酵能耗的设计;方法:用由喷嘴、混合管和循环管组成的射流混合器来强化机械搅拌通风发酵罐的第一次气体分散,从而可减少发酵罐最低层的搅拌器,同时根据混合的要求合理设计其余各层搅拌器的直径;结果:所设计的发酵罐比现有的机械搅拌通风发酵罐能耗降低32.5%以上,发酵水平提高;结论:生产实践说明,射流混合和机械搅拌结合应用是机械搅拌通风发酵罐提高溶氧效果、降低能耗的一种有效方法。