高黏度流体搅拌器的设计要素

　　高黏度流体的搅拌器设计，一直是搅拌混合领域中一个很重要的课题。

　　在我们用多种叶轮对高黏度牛顿流体以及非牛顿流体的混合进行了试验后发现，一个的高黏度液体搅拌器，至少具备两个条件：1.叶轮能提供强有力的剪切，这是减小浓度斑尺寸即分离尺寸的必要条件，如前所述，只有浓度斑足够小，才能产生大面积的界面，促进分子扩散，从而快速达到分子级的混合效果，例如螺带式叶轮和锚式叶轮，通常其d/D都在0.9/0，97左右，即都是所谓近壁型叶轮，青海搅拌器，在叶轮端部与罐壁之间会产生强烈的剪切，在此消耗了搅拌功率的90%左右。2.由于高剪切区总是只占有罐体积的一小部分，因此只有叶轮能使液体在罐内进行快速的循环，使高剪切区和低剪切区的液体快速交换，才能使全罐快速地达到均匀混合。

　　长久以来，业内存在这样一种观点，对于近壁型搅拌器，其剪切总是足够的，决定搅拌器混合能力的是叶轮的循环能力，并且还认为要达到全罐均匀混合，反应罐搅拌器，液体至少要在罐内循环三次。因此，哪种叶轮能以短时间完成三次循环，那一种叶轮便是混合速率快的叶轮。这一结论，长时间以来被应用在搅拌器的设计中。然而近年来一些具有复杂传动机构的搅拌器，生产搅拌器，如在回转的同时进行上、下移动的复动搅拌器和使叶轮往复摆动的往复式搅拌器等，此类搅拌器会产生速度脉动，此类速度脉动，我们可以将其理解为液体在一定方向上的周期性的较为激烈的变化，事实证明速度脉动对于促进混合有很大作用。速度脉动原来是湍流操作特有的现象，然而，复动式搅拌器和往复式搅拌器以其上、下往复运动或正、反转运动，在高黏度液体中产生了强的速度脉动，从而获得了高的混合效率。因此可以将剪切、循环和速度脉动归结为快速混合的二要素。这二要素是开发新型高黏度液体搅拌器的依据。

搅拌器中的依时性非牛顿流体介绍

　　搅拌器中许多实际流体不能简单地用公式或方程式来描述。这是因为这些复杂流体的黏度不仅与切应变速率有关，还与剪切施加的时间有关。这就是依时性非牛顿流体，这种流体可以分成两类：触变性流体和震凝性流体。

　　(1)触变性流体，触变是指在恒定的切应变速率下切应力随时间下降的流体行为，如搅拌器的搅动变稀，静止变稠等行为。通常认为这种现象产生于结构或节点随时间的破坏或解节。这种结构破坏的速率与可破坏的节点的数量有关，随着节点的破坏，节点重构的速率开始增加，后会达到动态平衡。达到平衡后流体可能呈现纯黏或黏弹。有时，也可能不存在平衡点，或结构重构需要很长时间。此时，如果先以恒定的速度增加切应变速率，然后再以恒定的速度降低切应变速率，其切应力和切应变速率之间的关系会出现一个滞后环，环面积越大，其依时性越强。

　　非自流性涂料、印刷油墨、番茄酱、奶油色拉、酸乳酪和石油钻探泥浆等流体都显示触变性。

　　(2)震凝性流体 震凝是指在恒定的切应变速率下切应力随时间增加的流体行为，如搅拌器猛烈搅拌即行凝结就属于震凝。通常认为这种现象产生于结构或节点随时间的形成。而且当切应变速率达到一定程度时，这种结构的形成不再继续进行，而结构的解节将发生。但是有时人们也发现，有些流体受剪切时只发生结构形成，而停止剪切时结构开始缓慢瓦解。震凝通常只发生在中等切应变速率下；在搅拌器高切应变速率下，结构通常不会形成。

　　膨润黏土液是具有震凝的流体。

搅拌器中的底挡板和指形挡板

　　在之前的文章中，我们介绍过搅拌器中的竖挡板，今天我们仅对底档板和指形挡板进行介绍。

　　一，底挡板

　　顾名思义，底挡板安装在搅拌釜的底部，如图8-3所示。它对促进固体悬浮很有效，可避免在搅拌器的底部形成固体颗粒堆积，因而一般用于搅拌固体粒子形成的悬浮液。

　　对于湍流操作，推荐如图8-3 (a)所示的底部小挡板，挡板的参数为：d=0.5D; b=0.lD; h1=0.05D; w=0.1D; C=0.25D; e=0.5d。对于液液分散，当分散相的密度小

　　于连续相时（如把油分散于水），若使用的搅拌器直径太小，则在釜壁易产生浮油；若使用的搅拌器直径太大，则在釜的中部易产生浮油。建议采用如图8-3 (b)所示的轻液挡板，可获得好的分散效果。挡板的参数为：d=0.4D; b=0.05～0.1D；Bw=0.07～0.1D; Sb=0.5d; eb=0.5d。

　　二，指形挡板及其他型式的挡板

　　指形挡板（如图8-4所示）类似手指形状，多用于安装在三叶后掠式搅拌器的搪玻璃搅拌釜中。指形挡板比板式挡板节省搅拌功率，亦能起到增加液体上下循环流的作用，有时指形挡板内可通入冷却水，可对搅拌器进行换热作用。一般情况下，指形挡板的设计参数为：管外径d=D/20；指形挡板宽度Wf=0.1D;厚度X=0.04D;间距Sf=0.2D;长度Lf=0.17D;指形挡板与容器内壁间距Sb=0.1D;指形挡板与容器底距离C=0.44D;管下端突出的指形挡板长度L=0.06D。

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