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锚、框式搅拌器的种类和构造

对于某些高黏度流体的搅拌来说,锚、框式搅拌器是非常关键的。

为了增大搅拌范围和带走罐壁上的残留物或液层,锚式与框式搅拌器的外廓要接近搅拌罐的内壁.其底部的形状为适应罐底的轮廓也有椭圆、锥形等。为了增大对高黏度物料的搅拌范围以及提高叶轮的刚性,还常常要在锚式及框式搅拌器上增加一些立叶和横粱,这样使得锚式与框式搅拌器的结构形状出现多种多样。为了照顾制造上的条件,桨叶外廓与罐壁的间隙取15-40mm之间。

锚式、框式搅拌器与搅拌轴的连接方式类似于桨式,即叶轮与搅拌轴连接的一端制成半圆状的轴环,然后两侧叶片的两个半圆环用螺栓在搅拌轴上夹紧,同时用穿轴螺栓来固定叶片与搅拌轴(见图2-59)。由于叶轮的外廓尺寸大,为便于装拆,叶片之间多数是用螺栓连接,只有小型的才用铸造或焊接,叶轮以扁钢、角钢制造居多,为了提高搅拌器叶轮的强度,也可采用加筋的叶轮(参见图2-59和图2-60)。

搪玻璃搅拌罐中的锚式叶轮多是用钢制圆管或扁管焊接而成,其外壁搪玻璃(见图2-61)。

锚式、框式叶轮的通用尺寸为桨宽与桨径之比,桨的高度与桨径之比通常为0.5—1.O。桨上增加立叶与横梁时,须考虑不致妨碍工艺上的测温要求等,搅拌器立叶与横梁的宽度可取与叶片宽度同值。

螺杆式搅拌器:螺杆搅拌器适合于高黏度介质的搅拌,具有一个或多个叶片,叶片螺距与搅拌器直径相等。与螺带式不同,它保证了中心部分流体的流动,但近壁处流体的流动状况较差。搅拌器直径d与容器内直径D之比为0.3。螺杆常与螺带组合在一个轴上,称为螺带-螺杆式搅拌器,这时螺杆直径可适当增加,其比值可到d/D=0.5。螺杆与螺带的螺旋方向相反,螺杆推动液体向下,螺带推动液体向上,造成液体的全罐混合均匀。螺杆式搅拌器还可以和导流筒组成搅拌系统,该组合式搅拌器在层流区和过渡流区都有很高的混合效率,适用于随反应进行,物料黏度逐渐增大,由过渡流至层流的溶液聚合等反应。当热负荷较大时,导流筒筒壁可通入换热介质,增加换热面积。

桨式和涡轮式搅拌器传热系数关联式

早的搅拌罐传热关联式是由Chilton于1944年提出的,对于使用单层平桨、并有碟形封头的圆筒形搅拌罐,其被搅拌液体对罐壁和内冷盘管的表面传热系数关联式分别如下:

以后许多研究者改变搅拌器的形状和相对尺寸进行传热研究,提出了很多搅拌罐传热关联式,由于一个关联式只对应于一个几何构形,这些关联式不便使用。

20世纪60年代中至70年代初日本的水科笃郎和永田进治等提出了包含多种桨型和多个尺寸参数的统一关联式,如永田对于桨式和涡轮式两种叶轮,且罐内有挡板而无内冷管的情况,并Re大于100。得如下关联式:

对于罐内无挡板而有内冷盘管的情况,则物料对罐壁的表面传热系数关联式为:

当除去内冷管时,则须将上式的系数由0.51改成0.54。产生这6%的差别是由于内冷盘管的遮蔽效应。

永田也得出在Re>200,2上式中包含了叶轮的多个几何参数,如叶径6、罐径D、叶轮离罐底度c、叶片倾角、叶片数孔。和液高等,大大拓宽了公式的适用范围。

20世纪70年代,日本的佐野雄二等对于桨式、涡轮式叶轮在湍流域的场合,单螺带搅拌器生意兴隆,进一步建立了罐内液体的单位质量搅拌功率ε与液体对罐壁和内玲管壁的表面传热系数的联系,得到了适用性广、且形式更简单的关联式:

式中,为被搅液对夹套的表面传热系数.W/(㎡.K);c为被搅液对内冷管壁的表面传热系数.W/(㎡.K);dc为内冷管外径.m;ε为单位质量被搅液消耗的搅拌功率,W/kg;v为被搅液运动黏度.㎡/s。

式(5- 17)计算物件时须以流体的本体温度和壁温的算术平均值作定性温度。

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