8種攪拌器攪拌特性的實驗研究

摘 要 在 375mm 的攪拌釜內, 對 8種攪拌器進行實驗, 考察了攪拌器槳型、轉速及密度等操作因素對各種攪拌器的攪拌功率和攪拌時間的影響。研究表明, 綜合考慮單位體積的攪拌功率和混合時間, 所提出的二層組合槳的混合效率數 Ce **小, 混合效率**高。

固液懸浮是機械攪拌技術中**常見的單元操作之一, 應用的攪拌器有徑向流的, 也有軸向流型的。本文研究的物料為含固量約 10% 的懸浮液,
 
其密度為 1. 055kg /m3, 粘度為 27. 5m Pa s。攪拌要求固體均勻懸浮, 罐外壁有加熱夾套, 攪拌時物料溫度分布均勻, 攪拌的剪切作用要小, 且筒體內不宜設置擋板。為此, 選擇了六直葉圓盤渦輪、 45 斜槳以及 M IG 型的攪拌器共 8種進行比較實驗。其中 M IG 型攪拌器屬于斜葉槳的改型, 在 45 斜槳的前端增加一個與主槳傾斜 90 的小斜葉, 經攪拌軸的旋轉, 在釜內形成中心液流向上,周邊液流向下的軸向循環流。本文用實驗的方法, 對 8種攪拌器的功率消耗、混合時間和混合特性等進行研究比較。在此基礎上, 取懸浮液麥汁進行了攪拌特性的比較, 從而選擇**佳的攪拌器應用于工業生產中。
 
1  實驗
 
1. 1 實驗裝置實驗裝置如圖 1。攪拌釜是直徑為 375mm
 
的橢圓底有機玻璃釜, a、b、c 3點溫度計分別位于釜底、液面高的一半及液面下 50mm 處。單層攪拌器實驗時液位高 375mm, 即液位高與釜徑比為 1 1; 二層組合槳實驗時, 液位高為 412mm, 與釜徑比為 1. 1 1。實驗介質分別為清水、食鹽水和麥汁。本文主要介紹用清水時的實驗情況。
時, 作為達到攪拌要求時的混合時間。圖中的 AB 段就是筆者測量的混合時間。
光電傳感器獲得的基準信號經過整型電路變換成矩形的基準信號; 扭矩傳感器的信號經動態電阻應變儀變換與放大的信號以及溫度傳感器得到的溫度信號等都經 AD 采集卡的數模轉換后輸入計算機處理, 進行實時測量、顯示和存儲數據。 1. 3 攪拌器的構造與尺寸
 
主要從攪拌器的槳型、槳葉數與釜徑比 d /D ( 表 1) 等方面考察其功耗和混合特性等。其尺寸比例取自目前生產上常用的比例, 結構形狀如圖3所示。六直葉圓盤渦輪為徑流型, 其余為軸流型。具有很大剪切力的六直葉圓盤渦輪用于該物料的攪拌是不合適的, 這里主要為測量其功率準數 Np 值, 用于和標準實驗進行比較。 STNC 槳和 HUM 槳為**外裝置的攪拌器, 其余為**內設備常用槳型。上下二層槳為筆者提出的組合槳, 二層組合槳可改變其高徑比, 縮少筒體直徑, 有利于換熱面積的布置等優點。

由攪拌功率計算式 P = Np /( n35 )可知, 功率準數N p 越小, 功率 P 也越小。從圖 4和圖 5可以看出, 在相同的雷諾數下, HUM 槳的功率準數
為 0. 17, STNC槳為 0. 21, **大的是六直葉圓盤槳
 
為 5. 8??梢娸S流型槳的攪拌功率明顯小于徑流型槳。HUM 槳的 d /D 大于大雙斜葉槳, 而功率
 
反而小, 原因是攪拌槳葉上的開孔, 明顯降低了功率。二層組合槳的攪拌功率大, 是其液面高, 裝液量多, 比較時應考慮其單位體積的功率消耗。
 
2. 2 攪拌器的混合特性混合時間是反映攪拌釜內液體混合效果的重
 
要參數。本實驗采用溫差法進行多點測量, 精度較高, 溫度傳感器信號也便于記錄、存儲和整[ 1] 。
 
混合時間 M 是指物料通過攪拌使之達到規定混合程度所需的時間。為便于比較, 本實驗測量的 M 數值是在相同的測試條件下進行的, M 與 n的關系如圖 6所示。
 

 
圖 6  不同轉速下所需的混合時間
 
大雙斜葉槳和小雙斜葉居后, 再次是 45 斜槳和
 
STNC槳, **大的是六直葉圓盤渦輪。在評價攪拌器的混合性能時, 常常采用混合效率數 C e 來比較混合效率的高低[ 2] , C e 表示流體在一定的流體粘度和混合時間下, 攪拌器所需的單位體積混合能, Ce 越小, 混合效率越高。其定義為:
Ce = M2 PV  /
 
式中 P V 單位體積的功率, W /m 3;
 
M 混合時間, s;
 
物料的粘度, Pa  s。
 
當物料的粘度相同時, 只需考慮混合時間的平方和單位體積功率的乘積。在不同轉速下 8種攪拌槳的混合效率數如圖 7所示。
 
型攪拌器的攪拌功率明顯小于徑流型。
 
3. 2 HUM 槳的 d /D **大, 而功率消耗反而**小, 這是由于攪拌槳葉上開孔, 既增加攪拌效果又降低攪拌功率。
 
3. 3 當采用攪拌器的綜合性能指標即混合效率數 C e 進行評價時, 筆者提出的二層組合槳的設計是一種很好的選擇。具有提高混合效率, 減少占地面積及降低設備投資等優點。
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