搅拌桨叶的选型和设计计算.docx
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搅拌桨叶的选型和设计计算
、搅拌机结构与组成
第二节搅拌桨叶的设计和选型
组成:
搅拌器电动机
减速器容器
排料管挡板
适用物料:
低粘度物料
二、混合机理
利用低粘度物料流动性好的特性实现混合
1、对流混合
在搅拌容器中,通过搅拌器的旋转把机械能传给液体物料造成液体的流动,属强制对流。
包
括两种形式:
(1)主体对流:
搅拌器带动物料大范围的循环流动
(2)涡流对流:
旋涡的对流运动
液体层界面——►强烈剪切►旋涡扩散
主体对流宏观混合
涡流对流
对流混合速度取绝被混合
物料的湍动程度,湍动程
度奉混合速度+
2、分子扩散混合
液体分子间的运动微观混合
作用:
形成液体分子间的均匀分布
对流混合可提高分子扩散混合
3、剪切混合
剪切混合:
搅拌桨直接与物料作用,把物料撕成越来越薄的薄层,达到混合的目的。
高粘度过物料混合过程,主要是剪切作用。
□□□□
三、混合效果的度量
1、调匀度I
设A、B两种液体,各取体积vA及vB置于一容器中,
则容器内液体A的平均体积浓度CA0为:
定义某液体的调匀度I为:
AB/一b口e口EH口o口口口口口耳口口□ODDODDDI□口□□□□IODDDO口OD=口口口口口S口口
混合尺度分设备尺度
微团尺度
分子尺度
对上述两种状态:
在设备尺度上:
两者都是均匀的(宏观均匀状态)
在微团尺度上:
两者具有不同的均匀度。
在分子尺度上:
两者都是不均匀的(当微团消失,称分子尺度的均匀或微观均匀)
如取样尺寸远大于微团尺寸,则两种状态的平均调匀度接近于己于1。
如取样尺寸小到与b中微团尺寸相近时,则b状态调匀度下降,而a状态调匀度不变。
即:
同一个混合状态的调匀度随所取样品的尺寸而变化,说明单平调匀度不能反映
混合物的均匀程度
四、搅拌机主要结构
1、搅拌器
搅拌器由电动机带动,物料按一定规律运动(主体对流),桨型不同,物料产生的流型不同。
桨作用于物料,物料产生三个方向的速度分量:
轴向分量
经向分量
切向分量
于混合。
当,桨对中安装,
n+。
液体绕轴整体旋转,不利
(1)旋桨式搅拌器
类似于无壳的轴流泵结构:
特点:
a、流型:
轴流型,以轴流混合为主,伴有切向流,经向流,湍动程度不高。
b、循环量大,适用于宏观混合
c、适用低粘度物料混合,
2000cp。
d、桨转速较高,圆周速度u=5~15m/sn=100~500rpm
e、dj=(0.2~0.5)D(以0.33居多)
(2)涡轮式搅拌器
相似于无壳的离心泵
组成:
圆盘、轴、
叶片(4~8)
特点:
1流型:
径向流型
伴有轴向流
切向流
2有两个回路
3易产生“分层效应”
(不适于混合含有较重固体颗
粒悬浮液)
4dj=(0.2~0.5)D(0.33居多)
dj:
L:
b=20:
5:
4
5适合混合中低粘度的物料,
5000c
u=4~8m/s
n=10~300r.p.m。
6回路较曲折,出口速度大,湍动程度强,剪切力大,可将微团细化。
平直职若向流冶图
135-6H魏皿堆叶湿型,
(3)桨式搅拌器
当P搅拌器提供的机械能因粘性阻力而消耗湍动程度主体流动范围
例:
同一规格的涡轮式搅拌器,混合不同粘度的物料,混合效果差别很大。
水的搅动范围为4D
当5000cp时,其搅动
范围为0.5D,离桨较远处
流体流动缓慢,甚至静止,混合效果不佳。
.••当H时,应采用Dn的
桨
结构:
JIfH>nirr>>
图..7加叫*会占杓勺无J£
桨式搅拌器特点:
1桨叶尺寸大,dj/D=0.5~0.8宽度大,b:
dj=0.1~0.25
2转速低,u=1.5~2m/s;n=1~100rpm
3流型:
径向流
切向流
桨叶倾斜,可产生小范围轴向流
4适合低粘度物料>5000CP
5当容器内液位较高时,可在同一轴上安装几个桨叶。
a)b)
囹5-8锦.抿:
式搅祎器
a)b)马辟形{有横啜)fc)马明形(行叩桨'叫瞬股勺彳-桨找动;心栖型锚我
2、搅拌容器
形状:
圆弧底:
有利于产生流型,加速混合,没有死角,功耗低。
锥型底:
有利于底部排料,流型差,底部易产生停滞现象,均匀程度差。
(2)设计
容器壁厚按压力容器设计标准及技术条件进行设计。
r]=Vg/V
r]=0.6~0.85
如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态
Y]=0.6~0.7(取低值)
当物料反映平稳或粘度较大时
Y]=0.8~0.85(取高值)
3容器直径与高度
确定方法:
先初算(忽略封头容积),后较核计算.
直径计算:
二_2二_3H
V=—D2H=—D3—
44D
4Vg
将H/D及V=Vg/门代入
D=3
.二(H/D)
注:
D应圆整为标准直径容器高度计算:
7.2
V-V=—D2H4
式中:
V封头部分容积
Vg-vn
H=——
2一D2
4
注:
H应圆整
校核:
H/D及门值是否在推荐范围内
3、挡板
(1)打漩
当被搅拌液料出现沿圆周做整体旋转运动时,这种流动状态叫打旋。
(2)打旋的危害
1几乎不存在轴向混合,会出现分离现象。
2液面下凹,有效容积降低。
3当旋涡较深时,会发生从液体表面吸气现象,引起液体密度变化或机械振动。
(3)常见消除打旋的方法
1偏心安装
②倾斜安装
③侧壁安装
⑴⑵⑶
消除打旋最简单常用的方法是在容器内加设挡板
(4)挡板的结构与作用
结构
Wb^挡板宽度
—液轮直径一挡板数目
作用:
1消除打旋
2将切向流改变为轴向流和径向流
3增大液体的湍动程度
(5)充分挡板化
实践证明:
实现充分挡板化的条件为
Wb12式中:
(业)1.2.nb=0.35」.djdj
nb
通常:
Wi-1
矿一
10
nib=4
是否所有液体搅拌机无论混合物料的粘度多大都应加设挡板?
A、低粘度物料,转速较高,桨对中按装时,应加挡板,挡板紧贴内壁。
8中粘度物料,挡板离开壁面安装,防止死区。
G高粘度物料(=12000cp)流体粘度足以抑制打旋,可不加挡板
|*|r.-?
4珀料密到
I转勘;h待孟;3—iii‘监蜉桂;
4—填料布悻15—填料底衬套,填辑
4、轴封
(1)填料密封
特点:
1结构简单
2成本低
3对轴磨损大
4摩擦功耗大
5需经常调解
(2)机械密封
特点:
1密封可靠
2对轴无磨损
3摩擦功耗小
4使用寿命长
5无需调整
6结构复杂
7成本高
5、传动系统
组成:
电机、
减速器、
联轴器、
搅拌器
五、功率计算
1、计算方法
影响功率的因素:
N=f(n,dj,p,p,g)
结构参数:
dj、D、H、Wb
找出无因次数群
运动参数:
n
物性参数:
p、p
用Npx
=KRe
Fr'
式中:
力一功率因素
当加设挡板时,消除打旋,Y=0,Fr=1.
())=Np=kRex
对数式:
logNp=logK+XIogRe
以4或Np为纵坐标,以Re为横坐标绘制功率曲线2、功率曲线
G
®5-27搅拌器功率曲线
1一有挡板系统的功率碧线;2一无挡板系统的功率曲线
(1)Re<10时,(层流区)为直线,斜率为-1。
..logNp=logK—logRe
将Np,Re代入得
N=JKn2dj3
试验测得:
kq1当n一定时功率与p.dj3成正比
(2)10 (3)Re>104时,(湍流区)曲线呈水平 无挡板,功率消耗少,易打旋,效果差 有挡板,功率消耗增加,效果好。 注: •.•为无因次数群,不针对特定尺寸 与曲线描述的搅拌器几何尺寸相近的均可用该曲线计算
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