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攪拌器的選型

攪拌器是反應釜的重要組成部分，是一種廣泛應用的操作單元，它的復雜性在于它的原理要涉及流體力學、傳熱、傳質和化學反應等多種過程。

一、攪拌器在化工生產中的用途

化工生產的各種工藝過程涉及到各種不同特性的物料，各種不同的攪拌目的，所選的攪拌器不同，工藝過程種類多，攪拌的用途也多。

1、液體的互溶

兩種或多種液體的互溶、混合，但是均相液體的攪拌又應區分均相液體混合物中是否發生化學反應，對于沒有化學反應的情況，通常稱為互溶液體的調和或調勻。對于兩種或數種互溶液體間存在化學反應的情形，為了加速反應或使反應完全，也應進行攪拌。

2、互不相容液體的分散

這種操作目的是互不相溶的液體相互接觸，相互充分分散，以有利于傳質或換學反應，或制備懸濁液和乳化液。攪拌的作用是使液滴細化，增大相對接觸面積。

3、氣液相的接觸

這種攪拌使氣體成為細微氣泡，在液相中均勻分散，形成穩定的分散質，或增強液體吸收氣體，或加快氣液相發展化學反應等。

4、固液相的分散

顧葉祥的攪拌用途較廣，有時是制備均勻懸浮液，有時是固體的溶解，有時是固液相間發生化學反應，有時是固相在液體中洗滌，有時是從飽和液體中析出晶體等。

5、加強傳熱

有些液體反應的時候需要加熱或者冷卻，通過攪拌提高液體的傳熱速度或者使液體的溫度更均勻。

二、攪拌器的形式

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1、推進式攪拌器

推進式攪拌器常用整體鑄造，加工方便，結構類似于輪船的螺旋推進器，常有三片槳葉組成。

推進式攪拌器直徑取反應釜內經的1/4～1/3，切向線速度可達5～15m/s，轉速為300～600rpm，最高轉速可達1750rpm。一般說小直徑取高轉速，大直徑取低轉速。攪拌時能使物料在反應釜內循環流動，所起的作用以容積循環為主，剪切作用小，上下翻騰效果好，但采用擋板或者導流筒則軸向循環更強。

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2、槳式攪拌器

槳式攪拌器是一種結構和加工都非常簡單的攪拌器，共兩片槳葉，槳葉安裝形式可分為平直葉和折葉兩種，平直葉就是葉面與旋轉方向互相垂直，折葉則是葉面與旋轉方向呈一定的傾斜角度。

槳式攪拌器直徑取反應釜內經的1/3～4/5，一般取1/2，不宜采用太長的槳葉，因為攪拌器消耗的功率與槳葉直徑的五次方成正比。槳式攪拌器的運轉速度較慢，轉速一般為20～80rpm，圓周速度在1.5～3m/s范圍內比較合適。平直葉攪拌器其低速時以水平環向流為主，速度高時為徑流型；有擋板時為上下循環流；折葉攪拌器有軸向分流、徑向分流和環向分流，一般在層流、過度流狀態時操作。

在料液層比較高的情況下，裝有幾層槳葉，相鄰兩層槳葉常交叉成90°角安裝。在一般情況下，幾層槳葉安裝位置如下：

一層安裝在下封頭對接環焊縫高度處；

二層的話，一層安裝在下封頭對接環焊縫高度處；另一層安裝在下封頭對接環焊縫與液面的中間的二分之一處或者稍高處；

三層的話，一層安裝在下封頭對接環焊縫高度處，另一層安裝在液面下約200mm處，中間再安裝一層。

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3、渦輪式攪拌器

渦輪式攪拌器有開啟式的和帶圓盤式的，槳葉分為平直葉和彎葉兩種。攪拌葉一般和圓盤焊接或者用螺栓連接，也有鑄造而成的。蝸輪式攪拌器直徑取反應釜內經的1/5～1/2，一般取1/3，槳葉一般為6片，其切向線速度為4～10m/s，轉速為10～300rpm，最高轉速可達600rpm。渦輪式攪拌器使流體均勻的由垂直方向運動改變為水平方向運動，自渦輪流出的高速液流沿圓周運動的切線方向散開，使在整個液體內得到激烈的攪拌，當采用擋板時帶圓盤渦輪式攪拌器的流體以槳葉為界限形成上下兩個循環流，折葉的有軸向分流。圓盤上下的液體混合不如開啟渦輪式。

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4、框式和錨式攪拌器

框式攪拌器可以視為槳式攪拌器的變形，水平的槳葉與垂直的槳葉連成一體成為剛性的框架，結構比較堅固，當這種攪拌器底部形狀和反應釜下封頭形狀相似時，常稱為錨式攪拌器。攪拌器一般用扁鋼或者角鋼彎制。

框式或錨式攪拌器的框架或錨架直徑往往較大，通常其直徑取反應釜內經的2/3～9/10，其切向線速度為0.5～1.5m/s，轉速為30～80rpm，最高轉速可達100rpm左右。一般為層流狀態操作。又是為了增大攪拌范圍，在槳上增加 立葉和橫梁。

5、螺帶式攪拌器

螺帶式攪拌器專用于高粘度液體的攪拌。攪拌器是由鋼帶按一定螺距旋形繞成，鋼帶的外沿常做成幾乎貼近釜內壁，與釜內壁的間隙很小，故攪拌時能不斷將粘于釜壁的沉積物料刮掉。一般轉速較低，約0.5～50rpm，其線速度小于2m/s。運轉時，液體成軸流型，一般是液體沿釜壁螺旋上升再沿槳軸而下，屬層流狀態操作。

6、其他形式攪拌

除上述五種攪拌外，還有很多種攪拌器。例如：螺桿式、布爾馬金式、三葉后掠式、圓筒式、行星式攪拌器等。

螺桿式攪拌器一般直徑不大，只有反應釜內經的2/5～1/2，轉速為0.5～50rpm，流動狀態與螺帶式攪拌器相同，不同處是螺桿式攪拌器可以偏心放在反應釜內。

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三、攪拌器的選型

反應釜攪拌器一個好的選型方法最好具備兩個條件：一是選擇結果合理，一是選擇方法簡便，而這兩點卻往往難以同時具備。

由于液體的粘度對攪拌狀態有很大的影響，所以根據反應釜內攪拌介質粘度大小來選型是一種基本的方法。幾種典型的攪拌器都隨粘度的高低而有不同的使用范圍。隨粘度增高的各種攪拌器使用順序為推進式、渦輪式、漿式、錨式和螺帶式等，這里對推進式的分得較細，提出了大容量液體時用低轉速，小容量液體時用高轉速。這個選型圖不是絕對地規定了使用漿型的限制，實際上各種漿型的使用范圍是有重疊的，例如漿式由于其結構簡單，用擋板可以改善流型，所以在低粘度時也是應用得較普遍的，而蝸輪式由于其對流循環能力、湍流擴散和剪切力都較強，幾乎是應用最廣的一種漿型。

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根據攪拌過程的目的與攪器適成的流動狀態判斷該過程所適用的漿型，這是一種比較合用的方法。

推薦漿型是把漿型分成快速型與慢速型兩類，前者在湍流狀態操作，后者在層流狀態操作。選用時根據攪拌目的與流動狀態來決定槳型及擋板條件，流動狀態的決定要受攪拌介質的粘度高低的影響。

下面對其中幾個主要的過程進一步做些說明：

1、低粘度均相液體混合，是難度最小的一種攪拌過程，只有當容積很大且要求混合時間很短時才比較困難。由于推進式的循環能力強且消耗動力少，所以是最合適的。

2、對分散操作過程，渦輪式因具有高剪切力和較大循環能力，所以最為適用。特別是平直葉渦輪的剪力作用比折葉和彎葉的剪力作用大，就更為合適。推進式和槳式由于其剪切力比平直葉渦輪的小，所以只能在液體分散量較小的情況下可用，而其中槳式很少用于分散操作。分散操作都有擋板來加強剪切效果。

3、固體懸浮操作以渦輪式的使用范圍最大，其中以開啟渦輪式為最好。它沒有中間的圓盤部分，不致阻礙槳葉上下的液相混合，而且彎葉開啟渦輪的優點更突出，它的排出性好、槳葉不易磨損，所以用于固體懸浮操作更合適。推進式的使用范圍較窄，固液比重差大或固液比在50%以上時不適用。使用擋板時，要注意防止固體顆粒在擋板角落上的堆積。一般固液比較低時，才用擋板，而折葉開啟渦輪、推進式都有軸向流，所以也可以不用擋板。

4、氣體吸收過程以圓盤式輪最合運，它的剪切力強，而且圓盤的下面可以存住一些氣體，使氣體的分散更穩定，而開式渦輪就沒有這個優。槳式及推進式對氣體吸收過程基本上不合用，只有在少量以吸收的氣體要求分散度不高時還能應用。

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