攪拌不同粘度溶液的攪拌器選擇

馬小欣

摘 要：為了使流體得到有效的攪拌混合，需要考慮多種因素，如攪拌器位置、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、反應(yīng)釜容量、流體物性、粘度等。本文僅針對(duì)流體粘度的變化情況，簡(jiǎn)要闡述了不同的攪拌器結(jié)構(gòu)及其適用范圍，為在實(shí)際生產(chǎn)生活中選擇合適構(gòu)型的攪拌器，以達(dá)到較好的攪拌效果提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：粘度；攪拌器；選擇

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

攪拌在實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)際生產(chǎn)中起著非常重要的作用，主要是將兩種或兩種以上不同介質(zhì)進(jìn)行充分接觸混合或進(jìn)行充分反應(yīng)。目前攪拌方式主要包括典型的機(jī)械攪拌、氣流攪拌和超聲震蕩等方式，其中傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、制作方法較為成熟而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工藝。攪拌器的分類(lèi)方法有很多，可按反應(yīng)釜流體流動(dòng)形態(tài)、葉片攪拌結(jié)構(gòu)等進(jìn)行劃分，此處主要按反應(yīng)釜攪拌裝置的用途進(jìn)行劃分，主要分為中低粘度和高粘度流體用攪拌器。攪拌器主要是對(duì)兩種或多種不同介質(zhì)進(jìn)行充分混勻，然后發(fā)生物理反應(yīng)或復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)發(fā)揮傳質(zhì)、傳熱等作用，可對(duì)液相-液相、固相-液相、氣相-液相或固-液-氣相進(jìn)行均勻分散。根據(jù)反應(yīng)釜中流體的粘度大小，選擇不同的攪拌器進(jìn)行攪拌，以達(dá)到反應(yīng)的目的，以下對(duì)中低粘度流體用攪拌器和高粘度流體用攪拌器進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

一、中低粘度流體用攪拌器選擇

粘度是流體粘滯性的一種參數(shù)，即受外力作用移動(dòng)時(shí)，液體分子間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的量度。對(duì)于中低粘度流體，我們可選取以下幾種攪拌器。

（一）推進(jìn)式攪拌器

推進(jìn)式攪拌器一般有三瓣葉片，其葉長(zhǎng)較短，與反應(yīng)釜內(nèi)徑之比為0.2～0.5，攪拌時(shí)，流體進(jìn)入槳葉，經(jīng)筒狀螺形攪拌器排出，至容器底部返回，采用軸向循環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適用于低粘度、流量大的裝置，適用于液-液體系、低濃度固-液體系。

（二）漿式攪拌器

漿式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般有2～4瓣葉片，可分為直、斜葉式，即葉面分別與旋轉(zhuǎn)方向呈垂直或傾斜狀態(tài)，流體自軸桿向下運(yùn)動(dòng)，沿反應(yīng)釜內(nèi)壁上移，不斷重復(fù)循環(huán)，其槳葉直徑較小，轉(zhuǎn)速較高，適用于低粘度（≤20Pa·s）液-液體系、固-液體系。

（三）板框漿式攪拌器

板框漿式攪拌器在漿式攪拌器基礎(chǔ)上，添加了板框，在一定程度上使得流體軸向循環(huán)更好。

（四）渦輪式攪拌器

渦輪式攪拌器主要分為圓盤(pán)式和開(kāi)放式。其中圓盤(pán)式渦輪攪拌器是由軸桿底部連接圓盤(pán)，并普遍帶有六葉，葉型分平直、傾斜、彎曲等類(lèi)型，其直徑一般為反應(yīng)釜內(nèi)徑的1/3。該攪拌器中流體自渦輪流出，沿葉片水平擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，分散性很好，適用于混合中低粘度的流體。

（五）布魯馬金式攪拌器

布魯馬金式攪拌器，類(lèi)似渦輪式攪拌器，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，槳葉前端有后掠角的大寬槳葉，流體沿徑向運(yùn)動(dòng)，沿切線排到大寬槳葉，產(chǎn)生對(duì)流及湍流擴(kuò)散效應(yīng)，分散性極好，適用于中低粘度的混合液。

（六）三葉后掠式攪拌器

三葉后掠式攪拌器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造工藝較難，同樣類(lèi)似于渦輪式攪拌器，在反應(yīng)釜內(nèi)流體采用徑向流，自攪拌軸吸入槳葉，沿槳葉切線排出，具有良好的循環(huán)性、均勻性，適合中低粘度懸浮液或反應(yīng)過(guò)程中粘度升高的流體。

二、高粘度流體用攪選擇

粘度較高的流體具有較大的內(nèi)摩擦力，在攪拌時(shí)，需要較大的機(jī)械能使流體內(nèi)部分子間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)攪拌器的強(qiáng)度有一定要求，選取類(lèi)型如下所示。

（一）錨式攪拌器

錨式攪拌器是在漿式攪拌器基礎(chǔ)上變形而來(lái)，由水平和垂直槳葉焊接組合，該結(jié)構(gòu)較為堅(jiān)固，不易發(fā)生變形，當(dāng)攪拌器底部形狀與反應(yīng)釜底相似時(shí)，則為錨式攪拌器。其直徑較大，約為反應(yīng)釜內(nèi)徑的2/3～9/10，距釜內(nèi)壁較近，可將壁上粘著的物料刮掉，提升導(dǎo)熱性，其具有較強(qiáng)的剛性，適用于對(duì)高粘度（≤100Pa·s）流體進(jìn)行攪拌，如高濃度懸浮液的反應(yīng)、沉降晶析等。

（二）框式攪拌器

框式攪拌器與錨式攪拌器類(lèi)似，只是在錨式裝置基礎(chǔ)上增加一橫槳葉，相對(duì)錨式結(jié)構(gòu)剛性增強(qiáng)，混合力度加大，其豎槳葉與反應(yīng)釜內(nèi)壁保持平行且相近，易于刮掉內(nèi)壁沉積物料，提升導(dǎo)熱性，同樣適用于攪拌高濃度固-液懸浮體系、液-液分散體系等。

（三）鋸齒圓盤(pán)式攪拌器

鋸齒圓盤(pán)式攪拌器是在圓盤(pán)渦輪裝置基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其攪拌軸底部連接邊緣呈鋸齒形圓盤(pán)，在一定轉(zhuǎn)速下提升剪切能力，流體由渦輪的鋸齒邊緣切向流出，再沿槳葉切向方向流出，更易于混合均勻，適用于高濃度乳濁液、懸浮液等的分散。

（四）螺帶式攪拌器

螺帶式攪拌器的剛性強(qiáng)度較上述幾種高粘度攪拌裝置強(qiáng)得多，是由2～3個(gè)具有一定寬度的鋼帶按一定螺距呈螺旋狀繞于軸桿上形成，鋼帶邊緣與釜壁相貼，其間隙很小，攪拌時(shí)能不斷將粘于釜壁的沉積物料刮掉，且流體呈軸向運(yùn)動(dòng)，沿內(nèi)壁不斷螺旋上移，再沿槳軸向下排出。其一般是在層流狀態(tài)下操作，適用于黏度高的流體混合等。

（五）螺桿式攪拌器

螺桿式攪拌器與螺帶式結(jié)構(gòu)相似，比之較為簡(jiǎn)單，其軸桿僅由一個(gè)鋼帶纏繞而成，其直徑較小，軸中心周?chē)黧w混合度較高，采用軸向運(yùn)動(dòng)，適用于中高粘度的流體混合、傳熱等。

（六）螺桿-螺帶式攪拌器

螺桿-螺帶式攪拌器主要由螺桿式和螺帶式組合而成，對(duì)流體的傳質(zhì)、傳熱、混合均勻性非常好，綜合了螺桿式和螺帶式攪拌器的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，適用于高粘度流體的反應(yīng)。

結(jié)語(yǔ)

本文在不考慮其它因素的情況下，主要針對(duì)不同粘度的流體的攪拌，簡(jiǎn)要介紹不同的攪拌器構(gòu)型及其使用范圍。綜上所述，當(dāng)攪拌低粘度流體時(shí)，可以選用構(gòu)型簡(jiǎn)單的攪拌器，如推進(jìn)式、漿式；當(dāng)攪拌中粘度流體時(shí)，可以選用扭力相對(duì)較大的渦輪式、布魯馬金式等攪拌器；當(dāng)攪拌高粘度流體時(shí)，需要一定的剛性強(qiáng)度，可采用錨框式、鋸齒圓盤(pán)式、螺帶式等。

參考文獻(xiàn)

[1]張榮，王小玲.攪拌器的類(lèi)型及其應(yīng)用[J].西南民族學(xué)院學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版，1996.

[2]徐季亮.攪拌器的選型方法探討[J].化工裝備技術(shù)，1991.

[3]張平堯.攪拌器的選擇和設(shè)計(jì)[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，1996.

[4]秦學(xué)民.筒式攪拌器的研制及其攪拌性能研究[D].大慶石油學(xué)院，2008.