高黏度和低黏度溶液攪拌器的選型

　　低黏度互溶液體混合，低黏度互溶液體的混合是一個(gè)均相純物理混合過程，主要控制因素是循環(huán)速率，而槳葉的剪切作用是次要的。當(dāng)兩種液體黏度相差較大時(shí)，剪切的存在有利于較高黏度液體在整個(gè)容器內(nèi)的分散，有利于湍流擴(kuò)散的強(qiáng)化。常用的攪拌器有推進(jìn)式、斜葉渦輪、長薄葉螺旋式、三葉后彎式等。當(dāng)黏度低于0.4Pa.s，搪瓷攪拌器，特別是0.1Pa.s以下時(shí)，常在湍流區(qū)操作，?？跀嚢杵鳎藭r(shí)用推進(jìn)式攪拌器為合適。這是由于推進(jìn)式攪拌器直徑小轉(zhuǎn)速高，循環(huán)能力強(qiáng)且動(dòng)力消耗少（在全擋板條件下操作），能形成強(qiáng)烈的循環(huán)流。如中央插入，d/D=0.25～0.33，C／D=1，H/D=1約等于1.2(D指容器內(nèi)直徑，d指攪拌器直徑，H指液面高度，C指攪拌器距離容器底部的高度，以下同)。對大型容器中低黏度物料的混合采用斜入式時(shí)，d/D=O.25—0.33， H/D=1～1.2；采用旁入式時(shí)d/D=0.083～0.125或更小，H/D≤0.8。對黏度稍高或攪拌要求較高時(shí)，可采用寬葉的開啟四斜葉渦輪式攪拌器，與推進(jìn)式相比，剪切作用略有加強(qiáng)。四斜葉渦輪主要尺寸為：d/D—0.25～0.5，C/d=1，H/D=1NI.2，b/d=0.25（b為槳葉寬度）。也可采用長薄葉螺旋式攪拌器，它與斜葉渦輪式相比，在同樣能耗下能提供較大的循環(huán)流量，因此對循環(huán)流量要求較高的場合，選用此類攪拌器較合適。當(dāng)黏度稍高，或兩種液體的粘度有相當(dāng)差別時(shí)，可選用三葉后彎式攪拌器。該種攪拌器具有良好的循環(huán)流性能，又兼有一定的剪切作用，只是使用時(shí)要注意與之匹配的擋板型式和安裝位置。槳式攪拌器因其結(jié)構(gòu)簡單，在小容量液體混合中仍廣泛應(yīng)用，但在大容量液體混合時(shí)，其循環(huán)能力就顯得不足。

罐中液體的循環(huán)流動(dòng)是達(dá)到物料混合所的流動(dòng)狀態(tài)，而湍流擴(kuò)散、剪切流又是某些攪拌過程快速進(jìn)行達(dá)到攪拌目的所需要的。雖然某種合適的流動(dòng)狀態(tài)也要靠攪拌罐及其他附件來共同造成，但是葉輪的形狀與運(yùn)轉(zhuǎn)情況仍可以說是決定罐內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的基本的因素。

　　各種攪拌葉輪形狀按攪拌器的運(yùn)動(dòng)方向與葉輪表面的角度可分為三類，即平葉、折葉和螺旋面葉。槳式、渦輪式、錨式、框式等的葉輪都是平葉或折葉，而推進(jìn)式、螺桿式、螺帶式的葉輪則為螺旋面葉?！　∑饺~的槳面與運(yùn)動(dòng)方向垂直，即運(yùn)動(dòng)方向與槳面法線方向一致。折葉的槳面與運(yùn)動(dòng)方向成一個(gè)傾斜角度；一般這個(gè)傾斜角度為45或60度等。螺旋面葉是連續(xù)的螺旋面成其中一部分，葉片曲面與運(yùn)動(dòng)方向的角度逐漸變化，如推進(jìn)式葉片的根部曲面與運(yùn)動(dòng)方向一般可為40-70度，而其葉端的曲面與運(yùn)動(dòng)方向的角度較小，一般為17度左右?！　∮捎谄饺~的運(yùn)動(dòng)方向與槳面垂直，所以當(dāng)葉輪低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液體的主要流動(dòng)為水平環(huán)向的流動(dòng)。

　　當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速增大時(shí)，液體的徑向流動(dòng)就漸漸增大。葉輪轉(zhuǎn)速愈高，由平葉排出的徑向流愈強(qiáng)。但只靠葉輪本身，它造成的軸向流動(dòng)還是很弱的。折葉由于槳面與運(yùn)動(dòng)方向成一定傾斜角，所以在葉輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，除有水平環(huán)流外，還有軸向分流。在葉輪轉(zhuǎn)速增大時(shí)，還有漸漸增大的徑向流。螺旋面可以看成是許多折葉的組合，這些折葉的角度逐漸變化，所以螺旋面的流向也有水平環(huán)向流、徑向流和軸向流，其中軸向流量大。

槳式和渦輪式攪拌器傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式

　　早的攪拌罐傳熱關(guān)聯(lián)式是由Chilton于1944年提出的，對于使用單層平槳、并有碟形封頭的圓筒形攪拌罐，防腐攪拌器，其被攪拌液體對罐壁和內(nèi)冷盤管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式分別如下：

　　以后許多研究者改變攪拌器的形狀和相對尺寸進(jìn)行傳熱研究，提出了很多攪拌罐傳熱關(guān)聯(lián)式，由于一個(gè)關(guān)聯(lián)式只對應(yīng)于一個(gè)幾何構(gòu)形，這些關(guān)聯(lián)式不便使用。

　　20世紀(jì)60年代中至70年代初日本的水科篤郎和永田進(jìn)治等提出了包含多種槳型和多個(gè)尺寸參數(shù)的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)式，如永田對于槳式和渦輪式兩種葉輪，且罐內(nèi)有擋板而無內(nèi)冷管的情況，并Re大于100。得如下關(guān)聯(lián)式：

　　對于罐內(nèi)無擋板而有內(nèi)冷盤管的情況，則物料對罐壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)聯(lián)式為：

　　當(dāng)除去內(nèi)冷管時(shí)，則須將上式的系數(shù)由0.51改成0.54。產(chǎn)生這6%的差別是由于內(nèi)冷盤管的遮蔽效應(yīng)。

　　永田也得出在Re>200，2<Pr<20000時(shí)，襯四氟攪拌器，物料對內(nèi)冷盤管外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hc的關(guān)聯(lián)式如下：

　　上式中包含了葉輪的多個(gè)幾何參數(shù)，如葉徑6、罐徑D、葉輪離罐底度c、葉片傾角、葉片數(shù)孔。和液高等，大大拓寬了公式的適用范圍。

　　20世紀(jì)70年代，日本的佐野雄二等對于槳式、渦輪式葉輪在湍流域的場合，進(jìn)一步建立了罐內(nèi)液體的單位質(zhì)量攪拌功率ε與液體對罐壁和內(nèi)玲管壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的聯(lián)系，得到了適用性廣、且形式更簡單的關(guān)聯(lián)式：

　　式中，為被攪液對夾套的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)．W/(㎡.K)；c為被攪液對內(nèi)冷管壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)．W／(㎡.K)；dc為內(nèi)冷管外徑．m；ε為單位質(zhì)量被攪液消耗的攪拌功率，W/kg；v為被攪液運(yùn)動(dòng)黏度.㎡/s。

　　式(5- 17)計(jì)算物件時(shí)須以流體的本體溫度和壁溫的算術(shù)平均值作定性溫度。

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