選擇攪拌器時首先要明確一個概念,粘度。粘度指流體對流動的阻抗能力,其定義為:液體以1cm/s的速度流動時,在每1平方厘米平面上所需剪應(yīng)力的大小,稱為動力粘度,以Pa·s為單位。粘度是流體的一種屬性。
在攪拌過程中,一般認(rèn)為粘度小于5Pa·s的為低粘度流體,例如:水、蓖麻油、飴糖、果醬、蜂蜜、潤滑油重油、低粘乳液等;5-50Pa·s的為中粘度流體,例如:油墨、牙膏等;50-500Pa·s的為高粘度流體,例如口香糖、增塑溶膠、固體燃料等;大于500Pa·s的為特高粘流體例如:橡膠混合物、塑料熔體、有機硅等。
根據(jù)不同的分類方法可以將攪拌槳分為不同的類型,如根據(jù)流體的流動形態(tài)分,可以將攪拌槳分為徑向流攪拌槳、軸向流攪拌槳和混合攪拌槳。如根據(jù)攪拌槳的結(jié)構(gòu)可分為折葉、螺旋面葉和平葉。錨式、框式、渦輪式和槳式的槳葉都有折葉和平葉兩種結(jié)構(gòu);螺桿式、推進(jìn)式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉。如根據(jù)攪拌的用途可分為高粘流體用攪拌槳和低粘流體用攪拌槳??捎糜诟哒沉黧w的攪拌槳包括,螺旋-螺帶式、螺帶式(雙螺帶式、單螺帶式)、螺旋槳式、鋸齒圓盤式、框式和錨式等??捎糜诘驼沉黧w攪拌槳有MIG和改進(jìn)MIG、三葉后彎式、板框槳式、布魯馬金式、圓盤渦輪式、開啟渦輪式、槳式、長薄葉螺旋槳和推進(jìn)式等。
在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛的攪拌槳包括槳式、推進(jìn)式、渦輪式、錨式及框式,根據(jù)統(tǒng)計這些攪拌槳大約占攪拌槳總數(shù)的75%~80%。下面介紹幾種常見的攪拌槳:
1、槳式攪拌槳:攪拌槳中結(jié)構(gòu)簡單的一種攪拌槳,葉片一般用扁鋼制成,用螺栓固定或者焊接在輪轂上,一般有2、3或4片葉片,通常有平直葉式和折葉式兩種葉片形成。主要應(yīng)用在固-液系中多用于防止固體沉降、液-液系中用于防止分離和使罐的溫度均一。但對于以細(xì)微化和保持氣體為目的的氣-液分散的操作則不可使用。
槳式攪拌槳較多的應(yīng)用在流體的循環(huán)中,由于在相同排量下,折葉式的功耗較平葉式的少,操作費用也低,故軸流槳葉使用較多。對于高粘流體攪拌槳式攪拌器可以代替價格較高的螺帶式葉輪使用,促進(jìn)了流體的上下交換,獲得了良好的效果。槳式攪拌槳的轉(zhuǎn)速通常為20~100rpm/min,最高粘度有20Pa·s。
2、推進(jìn)式攪拌槳:推進(jìn)式攪拌槳較多的應(yīng)用于低粘度流體中,標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)式攪拌槳共有三瓣葉片,其槳直徑d和螺距相等。在攪拌的過程中,流體經(jīng)由槳葉的上方吸入,在以圓筒狀螺旋形經(jīng)下方流出,當(dāng)流體到達(dá)容器底部時會沿著壁面返回到槳葉的上方,從而形成了軸向流動。雖然推進(jìn)式攪拌槳在攪拌時的湍流程度不高,但是循環(huán)量卻很大。若使攪拌槳傾斜、攪拌軸偏心或者容器內(nèi)裝擋板,則可有效的防止旋渦的產(chǎn)生。推進(jìn)式攪拌槳的直徑不大,d/D=1/4~1/3,葉端的速度一般是7~8m/s,最高可以達(dá)到15m/s。
推進(jìn)式攪拌槳的結(jié)構(gòu)簡單,制造簡單方便,適宜用在流量大、粘度低的場合,可以在較小的攪拌功率下,利用高速旋轉(zhuǎn)的槳葉獲得比較好的攪拌效果。主要用在低濃度的固-液系中放置固體沉降、液-液系的混合和使溫度均勻等場合中,屬于循環(huán)型攪拌槳,具有較好的循環(huán)性能,剪切作用小。
3、渦輪式攪拌槳:渦輪式攪拌槳是應(yīng)用廣泛的一類攪拌槳,幾乎能有效的完成所有的攪拌操作,并且能適用于較廣粘度范圍的流體。
渦輪式攪拌槳可分為盤式和開式兩種,盤式有圓盤彎葉、圓盤斜葉和圓盤平直葉等;開式有彎葉、斜葉和平直葉。盤式渦輪通常有6葉;開式渦輪的葉片數(shù)以2葉和4葉居多。有時還會把槳葉制成箭形或凹形來改善流動的狀況。渦輪式攪拌器可以產(chǎn)生較大的剪切力,所以可將流體微團分散的很細(xì),適用于液-固懸浮、液-液分散、低粘度到中等粘度流體之間的混合,以及促進(jìn)良好的傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等過程。因平直葉剪切作用較大,屬于典型的剪切型攪拌槳。當(dāng)葉片朝著流動方向彎曲時就形成了彎葉,可有效降低功率的消耗,比較適用于含有易碎固體顆粒流體的攪拌中。
4、錨式和框式攪拌槳:錨式攪拌槳結(jié)構(gòu)簡單,可適用于粘度在100Pa·s以下的流體中攪拌,當(dāng)流體粘度在10~100Pa·s時,為了增強容器中部的混合可在錨式槳中間加一橫梁這樣就形成了框式攪拌器。
由于錨式及框式的槳葉的混合效果并不理想,所以只可用于對混合要求不太嚴(yán)格的場合。因為錨式攪拌槳特殊的結(jié)構(gòu)特點致使其在容器壁附近的流速較其他類型的攪拌槳快,所以能獲得大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),故較多的用于結(jié)晶、傳熱操作。也常被用于沉降性淤漿與高濃度淤漿。當(dāng)應(yīng)用在攪拌濃度大于100Pa·s的流體中時,采用螺桿式或螺帶式較好。
攪拌槳的選擇:攪拌操作關(guān)系到流體的傳熱、傳質(zhì)和流動,而且對攪拌效果的要求,化學(xué)和物理的過程是不同的,到現(xiàn)在為止,對攪拌槳的選用還是以經(jīng)驗性為主。攪拌槳的選型不僅要考慮攪拌效果,而且也要考慮減少動力的消耗,還必須做的經(jīng)濟、安全。
攪拌器的選型一般根據(jù)三個方面來考慮,這包括物料粘度、攪拌目的和容器容積的大小。另外還要考慮操作費用、功耗,以及維護(hù)、檢修和制造等因素。
對于攪拌槳葉輪形式的選擇同樣也是非常重要的,對攪拌的要求不同的攪拌過程有時也是具有共性的,同時各種攪拌器間的性能也有很多共同點,這樣就有可能會有好幾種形式的攪拌槳同時適用于某一種攪拌操作,而且不同二代攪拌過程可以使用同一種攪拌器。嚴(yán)格來說沒有絕對的好與壞,各有利弊,例如轉(zhuǎn)速范圍、容積大小、粘度的高低等都會對攪拌器的攪拌效果產(chǎn)生影響。