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反應釜攪拌器目前的選型方法多數是根據實(shí)踐經(jīng)驗,選擇習慣應用的漿型,再在常用范圍內決定攪拌器的各種參數。也有通過(guò)小型試驗,取得數據,進(jìn)行比擬放大的設計方法。不論哪種做法,都離不開(kāi)最初的根據攪拌目的來(lái)選擇反應釜攪拌器類(lèi)型這一步。所以一個(gè)完整的選型方案必須滿(mǎn)足經(jīng)濟與安全的要求根據具體工況最后確定最佳方案。
最佳的反應釜攪拌器選型方法最好具備兩個(gè)條件:一是選擇結果合理,一是選擇方法簡(jiǎn)便,而這兩點(diǎn)卻往往難以同時(shí)兼顧,我們從反應釜攪拌操作目的分析了對攪拌的要求,諸如某過(guò)程要求對流循環(huán)好或者某過(guò)程要求剪切力強等等,進(jìn)而分析了攪拌器的功能,在此基礎上就可根據攪拌目的來(lái)選擇反應釜攪拌器的型式,最終要根據具體的工況選用最佳的方案。
反應釜攪拌器有漿式、推進(jìn)式、渦輪式、錨式、螺帶式、螺桿式攪拌器,其中,漿式攪拌器在反應設備中應用最為廣泛,下面介紹幾種常用的攪拌器的特征:
1)漿式攪拌器:漿式攪拌器是攪拌器中結構最簡(jiǎn)單的一種,通常僅兩個(gè)葉片,它采用扁鋼制成,葉片焊接或用螺栓固定在輪意上,葉片形式可分為平直葉式和斜(折)葉式兩種。主要應用場(chǎng)合:液-液體系中用于混合、溫度均一;固-液體系中多用于防止固體沉降。但漿式攪拌器不能用于以保持氣體和以細微化為目的的氣-液分散操作中。
漿式攪拌器主要用于流體的循環(huán),由于在同樣的排量下,斜葉式比平直葉的功耗少,操作費用低,因而斜葉式攪拌器使用較多。漿式也可以用于高黏流體的攪拌,以促進(jìn)流體的上下交換,代替價(jià)格高昂的螺帶式葉輪,尚能獲得良好的效果。
2)推進(jìn)式攪拌器:推進(jìn)式攪拌器常用于低黏流體中,標準推進(jìn)式攪拌器為三片葉片,氣螺距與漿直徑相等。攪拌時(shí),流體由槳葉上方吸入,下方以圓筒狀螺旋形排出,流體至容器底在沿壁面反至槳葉上方,形成軸向流動(dòng)。推進(jìn)式攪拌器攪拌時(shí)流體的湍流程度不高,但循環(huán)量大。容器內裝擋板、攪拌軸偏心安裝或攪拌器傾斜時(shí),可防止漩渦形成。推進(jìn)式攪拌器的直徑較小,槳葉直徑對容器直徑之比一般為0.1~0.3;葉端速度為7~10m/s,最高達15m/s。
? 推進(jìn)式攪拌器結構簡(jiǎn)單,制造方便,適用于黏度低、流量大的場(chǎng)合,利用較小的攪拌功率通過(guò)高速轉動(dòng)的槳葉能獲得較好的攪拌效果。主要用于液-液體系混合、溫度均一,在低濃度固-液體系中防止淤泥沉降等。推進(jìn)式攪拌器的循環(huán)性能好、剪切作用不大,屬于循環(huán)型攪拌器。
3)渦輪式攪拌器:渦輪式攪拌器是應用較廣的一種槳葉,能有效的完成幾乎所有的攪拌操作,并能處理黏度范圍很廣的流體。渦輪式攪拌器可分為開(kāi)式和盤(pán)式兩類(lèi)。開(kāi)式有平直葉、斜葉、彎葉等,盤(pán)式有圓盤(pán)平直葉、圓盤(pán)斜葉、圓盤(pán)彎葉等。開(kāi)式渦輪常用的葉片數有2葉和4葉,盤(pán)式渦輪以6葉最常見(jiàn)。為改善流動(dòng)狀況,盤(pán)式渦輪有時(shí)把葉片制成凹形和箭形,稱(chēng)為弧葉盤(pán)式渦輪和箭葉盤(pán)式渦輪。渦輪式攪拌器有較大的剪切力,可使流體微團分散的很細,適用于低粘度到中粘度流體的混合、氣-液分散‘固-液懸浮,以及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應。平直葉剪切作用較大,屬剪切型攪拌器。彎葉是指葉片朝著(zhù)流動(dòng)方向彎曲,可降低功率消耗,適用于含有易碎固體顆粒的流體攪拌。
4)錨式攪拌器:錨式攪拌器結構簡(jiǎn)單,它適用于黏度在1Pa..s以下的流體攪拌,當流體黏度在1~10Pa.s時(shí),可在錨式中間加一橫槳葉,即為框式攪拌器,以增加容器中部的混合。錨式攪拌器一般差數為:槳葉直徑與容器內直徑之比為0.9~0.98,葉端速度為1~5m/s。錨式或框式攪拌器的混合效果并不理想,只適用于對混合要求不太高的場(chǎng)合。由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其他攪拌器大,能得到較大的表面傳熱系數,故常用于傳熱、晶析操作。也常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。當攪拌黏度大于10Pa.s的流體時(shí),應采用螺帶式或螺桿式攪拌器。
5)螺帶式攪拌器:螺帶式攪拌器的葉片是用帶鋼卷成螺旋狀焊接在軸上制成。它適用于中、高黏度的攪拌,有較好的上下循環(huán)性能。螺帶式攪拌器有單螺帶、雙螺帶、內-外螺帶、螺帶-螺桿等多種型式。螺帶式攪拌器與攪拌器壁間隙、螺距、頭數以及帶寬等都對混合效率有影響。應用在高黏度流體時(shí),由于錨式攪拌器幾乎不產(chǎn)生上下流動(dòng),在容器中心處混合效果較差,且流體黏度高,這種缺點(diǎn)越明顯。而螺帶式攪拌器產(chǎn)生的是以上下循環(huán)流為主的流動(dòng),所以整個(gè)容器內的混合效果比較好。對于錐形攪拌設備,還可做成錐形的螺帶-螺桿式攪拌器,攪拌效果很好。
6)螺桿式攪拌器:螺桿式攪拌器適用于高黏度介質(zhì)的攪拌,具有一個(gè)或多個(gè)葉片,葉片螺距與攪拌器直徑相等。與螺帶式不同,它保證了中心部分流體的流動(dòng),但近壁處流體的流動(dòng)狀況較差。攪拌器直徑與容器內直徑之比為0.3.螺桿常與螺帶組合在一個(gè)軸上,稱(chēng)為螺帶-螺桿式攪拌器,這時(shí)螺桿直徑可適當的增加,螺桿與螺帶的螺旋方向相反,螺桿推動(dòng)液體向下,螺帶推動(dòng)液體向上,造成液體的全罐混合均勻。螺桿式攪拌器還可以和導流筒組成攪拌系統,該組合式攪拌器在層流區和過(guò)渡流區都有很高的混合效率,適用于隨反應進(jìn)行,物料黏度逐漸增大,由過(guò)渡流至層流的溶液聚合等反應。當熱負荷較大時(shí),導流筒筒壁可通入換熱介質(zhì),增加換熱面積。