攪動液體使之發(fā)生某種方式的循環(huán)流動,從而使物料混合均勻或使物理、化學過程加速的操作。攪拌在工業(yè)生產中的應用有:①氣泡在液體中的分散,如空氣分散于發(fā)酵液中,以提供發(fā)酵過程所需的氧;②液滴在與其不互溶的液體中的分散,如油分散于水中制成乳濁液;③固體顆粒在液體中的懸浮,如向樹脂溶液中加入顏料,以調制涂料;④互溶液體的混合,如使溶液稀釋,或為加速互溶組分間的化學反應等。此外,攪拌還可以強化液體與固體壁面之間的傳熱,并使物料受熱均勻。攪拌的方法有機械攪拌和氣流攪拌。
攪拌槽內液體的運動,從尺度上分為總體流動和湍流脈動。總體流動的流量稱為循環(huán)量,加大循環(huán)量有利于提高宏觀混合的調勻度(見混合程度)。湍流脈動的強度與流體離開攪拌器時的速度有關,加強湍流脈動有利于減小分隔尺度與分隔強度。不同的過程對這兩種流動有不同的要求。液滴、氣泡的分散,需要強烈的湍流脈動;固體顆粒的均勻懸浮,有賴于總體流動。攪拌時能量在這兩種流動上的分配,是攪拌器設計中的重要問題。
在攪拌混合物時,兩相的密度差、粘度及界面張力對攪拌操作有很大影響。密度差和界面張力越小,物系越易于達到穩(wěn)定的分散;粘度越大越不利于形成良好的循環(huán)流動和足夠的湍流脈動,并消耗較大的攪拌功率。
攪拌槽內流體的運動是復雜的單相流或多相流,目前都還沒有完整的描述方法。非牛頓流體的攪拌,在流動狀態(tài)和功率消耗方面都有一些特殊的規(guī)律。攪拌槽內流體流動參數(shù)的測量,攪拌功率的預計。
攪拌器又被稱作葉輪或槳葉,它是攪拌設備的核心部件。根據(jù)攪拌器的攪拌釜內產生的流型,攪拌器基本上可以分為軸向流和徑向流兩種。例如,推進式葉輪、新型翼型葉輪等屬于軸向流攪拌器,而各種直葉、彎葉渦輪葉輪則屬于徑向流攪拌器。
攪拌器通常自攪拌釜頂部中心垂直插入釜內,有時也采用側面插入,底部伸入或側面伸入方式。應依據(jù)不同的攪拌要求選擇不同的安裝方式。
攪拌設備內的流型取決于攪拌方式,攪拌器、釜、擋板等的幾何特征,流體性質以及轉速等因素。在一般情況下,攪拌軸安裝在釜中心時,攪拌將產生三種基本流型:1 切向流2 軸向流3 徑向流三種基本流型,通常可能同時存在。其中,軸向流與徑向流對混合起主要作用,而切向流應加以抑制,可通過加人擋板削弱切向流,以增強軸向流與徑向流。不同的槳型和槳徑對流型有重要的影響。
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