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高黏度流体搅拌对机械搅拌器的要求

  黏度是流体的一种属性。它反映了流体运动时剪切应力与剪切速度梯度的比值关系。所以黏度大小对流动状态有很大的影响,也必然对机械搅拌器的搅拌过程有很大的影响。流体在管路中流动时,有层流、过渡流、湍流三种状态,搅拌罐中也有这样三种流动状态,与管路中一样决定这些状态的是雷诺数Re,黏度是决定Re大小的主要参数之一。

  在搅拌过程中,所谓黏度高低的说法并没有严格的界限,一般所谓高低只是一个习惯的说法。大致以2500m Pa.s或10四次方mPa.s以上为高黏度.在此以下都可称为低黏度。也有的只将100mPa.s以下称为低黏度,中间又分出一个中等黏度的范畴。因为低黏度与中等黏度的液体在搅拌时流动状态的区别不大,所以将其统称为低黏度,以与高黏度液体相区别。关于目前常用的液体搅拌器所适用的黏度范围,生产搅拌器,说法也不同。有的认为适用在2×10的五次方mPa.s以下,也有的认为可用到1x10的六次方mPa.s。这些说法都未提及其他指标,所以也只能理解为一个大致的范围。







 黏弹性流体兼有黏性液体与弹性固体的特性,能在变形后呈现弹性恢复,具有与非依时性和依时性这两类非牛顿流体的黏性效应。聚合物熔体和溶液是典型的黏弹性流体,在定态剪切下表现出前述纯黏性非牛顿流体的特性,而当剪切发生变化(包括扩大、收缩流和非定态流动)时则表现出弹性。黏弹性流体具有以下特异流动行为。

  (1)爬杆效应(Weissenberg效应),用搅拌器搅拌黏弹性流体时,转轴处的液面沿轴上升,离轴较远处的液面下降。这一行为与牛顿流体正好相反。为此在设计流体黏弹性较强的搅拌器时,应选择合适的搅拌器。否则,会因爬杆效应使流体全部包裹在搅拌器上,与搅拌轴同步旋转,从而使混合和传热等过程均不能正常进行。

  (2)膨胀效应(Barus效应),黏弹性流体从圆管或小孔中流出时有射流膨胀现象,此时流出液的大直径dmax可达圆管内径d的2~3倍。黏弹性流体的膨胀程度与所流经的圆管长度有关,圆管越长,膨胀程度越小;而当圆管充分长时,膨胀比B (B=dmax/d)会达到一定值。膨胀比在聚合物加工中是一重要现象,通过测量膨胀比可获得法向应力差的信息。

  (3)记忆现象(又称弹性滞后),施加压力梯度使黏弹性流体在管内流动;当突然移去压力梯度,黏弹性流体将反向移动一段距离后才停止。

  (4)反向次流,在液体中插入一旋转圆盘,形成的主流是切向流,同时在转盘下方形成轴向次流。在牛顿流体中,次流的方向是轴中心处流体向上而四周流体向下;黏弹性流体则相反,轴心处流体向下而容器四周的流体向上运动。反向次流对搅拌器的搅拌、传质等操作是一个重要的影响因素。


  




通过流型对搅拌器进行分类

  搅拌器的分类比较复杂,我们可以根据流型来给搅拌器进行分类。

  流型就是用来形容搅拌器容器内部的混合体根据一定的规律,循环流动的一种形式,脱硫塔搅拌器,搅拌器的流型大致分为三种:轴向流型,径向流型和混合流型。 轴向流型中的轴,指的就是搅拌轴,轴向流型的混合流体的运动方向是和搅拌轴平行的,流体是从轴向进入搅拌器的叶片,而后又从轴向流出的一种液流方式,轴流式搅拌器多采用螺旋桨作为搅拌叶轮,所以轴流式搅拌器又成为旋桨式搅拌器,旋桨式搅拌器的生产维护费用较低。

  在同样转速和同样直径的前提下,轴流式搅拌器的功率更高,其特点还有,结构简单,便于维护,生产能力高,适用于中低粘度的液体搅拌。 和轴向流型相对的,径向流型的流体是沿着叶轮的半径方向排出的,结构也不复杂,适用范围相当广泛,径流式搅拌器多有一个开式的叶轮,开式叶轮可以更好的实现流体的径向排放,除了开式叶轮,还有很多径流式搅拌器采用盘式叶轮,崇左搅拌器,盘式叶轮多用来实现气液混合,功率略低于开式叶轮。

  叶轮上的桨叶多采用不锈钢材质,其形状根据搅拌流体性质的不同而不同,平直型桨叶多用于低粘度的液体的搅拌,而锚型桨叶可用于高粘度的液体搅拌,也可根据具体需要增加一排桨叶。

  混合流型是在轴向流型和径向流型基础之上加装挡板,一般挡板不会大于容器直径的十分之一,高度也不应超过直径的两倍,加装挡板后流体会不规则的运动,当然,通过改变叶轮的安装角度,使其按照需要稍微倾斜,可以通过更少的挡板实现我们所需要的混合流型,这一点要注意。








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