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  一、攪拌過程分類

  從攪拌技術觀點看,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。

  二、攪拌槳葉分類

  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,其軸功率消耗都產生兩部分作用,一部分 是槳葉產生的排液量,另一部分是槳葉產生的壓頭。

  槳葉產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,根據槳葉產生排液量,克服靜壓頭和產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生排液量),也提供另外兩種作用(產生剪切和克服靜壓頭)。

  根據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生的流動型態來分,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 帶有450傾斜平板葉片的軸向攪拌槳,對中小 小,產生的流動為主導軸向型,確保非常有效的 體積的攪拌最為經濟。

  這種攪拌槳葉產生的流動為主 水泵效應,這種攪拌槳葉對大多數應用均非常理想 導軸向型帶徑向流,產生剪切擾動。在不粘的介質中,特別是那些需要高速低能耗的場合。例如: 被用於進行懸浮或熱交換。傾斜的槳葉低速運轉,產 液-固懸浮,低速時產生非常弱或中等水平擾動,生較高的擾動。

  這種基本攪拌槳葉通常對一些簡單攪 適用於低剪切係數的絮凝混合。 拌應用有效。 螺旋推進式型槳葉,對小體積的攪拌最為經濟。在無粘性的介質中,適合於氣-液交換及熱交換 用於固體、混合物、乳液的傳統槳葉,產生中等水平 產生徑向流,具高抗動性和高能耗。由於重量原因,這種槳葉僅用小直徑,經常用高速運行(電機直接驅動) 。

  三、流體攪拌基本原理及參數

  攪拌機是由多個參數決定的,用任何一個單一參數來描述一台攪拌機是不可能的。

  軸功率(P)、 槳葉排液量(Q)、壓頭(H)、槳葉直徑(D)及攪拌轉速(N)是描述一台攪拌機的五個基本 參數。 槳葉的排液量與槳葉本身的流量準數,槳葉轉速的一次方及槳葉直徑的三次方成正比。 而攪拌消耗的軸功率則與流體比重,槳葉本身的功率準數,轉速的三次方及槳葉直徑的 五次方成正比。

  在一定功率及槳葉形式情況下,槳葉排液量(Q)以及壓頭(H)可以通過改變槳葉的 直徑(D)和轉速(N)的匹配來調節,即大直徑槳葉配以低轉速(保證軸功率不變)的 攪拌機產生較高的流動作用和較低的壓頭,而小直徑槳葉配以高轉速則產生較高的壓頭 和較低的流動作用。 在攪拌槽中,要使微團相互碰撞,唯一的辦法是提供足夠的剪切速率。

  從攪拌機理看, 正是由於流體速度差的存在,才使流體各層之間相互混合,因此,凡攪拌過程總是涉及 到流體剪切速率。剪切應力是一種力,是攪拌應用中氣泡分散和液滴破碎等的真正原因。 必須指出的是,整個攪拌槽中流體各點剪切速率的大小並不是一致的。

  通過對剪切速率 分布的研究表明,在一個攪拌槽中至少存在四種剪切速率數值,它們是: 實驗研究表明,就槳葉區而言,無論何種漿型,當槳葉直徑一定時,最大剪切速率和 平均剪切速率都隨轉速的提高而增加。但當轉速一定時,最大剪切速率和平均剪切速率 與槳葉直徑的關係與漿型有關。當轉速一定時,徑向型槳葉最大剪切速率隨槳葉直徑的 增加而增加,而平均剪切速率與槳葉直徑大小無關。

  這些有關槳葉區剪切速率的概念,在 攪拌機縮小及放大設計中需要特別當心。因小槽與大槽相比,小槽攪拌機往往具有高轉速 (N)、小槳葉直徑(D)及低葉尖速度(ND)等特性,而大槽攪拌機往往具有低轉速(N) 大槳葉直徑(D)及高葉尖速度(ND)等特性。


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