第二节 搅拌机 一、搅拌机结构与组成 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 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。 电 动 机 减速器 搅 拌 器 容 器 排料管 电 动 机 减速器 搅 拌 器 容 器 排料管 对流混合速度取绝被混合 物料的湍动程度，湍动程 度 混合速度
第二节 搅拌机 一、搅拌机结构与组成 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 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。 电 动 机 减速器 搅 拌 器 容 器 排料管 电 动 机 减速器 搅 拌 器 容 器 排料管 对流混合速度取绝被混合 物料的湍动程度，湍动程 度 混合速度
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， A B A B a b A B A B a b 则容器内液体 A 的平均体积浓度 CA0 为： （理论值） 经过搅拌后，在容器各处取样分析实际体积浓度 CA，比较 CA0 、CA ， 若各处 CA0=CA 则表明搅拌均匀 若各处 CA0=CA 则表明搅拌尚不均匀，偏离越大，均匀程度越差。 引入调匀度衡量样品与均匀状态的偏离程度 定义某液体的调匀度 I 为： （当样品中 CA CA0 时） 或 （当样品中 CA CA0 时） 显然 I ≤1 若取 m 个样品，则该样品的平均调匀度为 当混合均匀时 2、混合尺度 设有 A、B 两种液体混合后达到微粒均布状态。 A B A A V V V C + 0 = A0 A C C I = 0 1 1 A A C C I − − = m I I I I + ++ m = − 1 2 =1 − I
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， A B A B a b A B A B a b 则容器内液体 A 的平均体积浓度 CA0 为： （理论值） 经过搅拌后，在容器各处取样分析实际体积浓度 CA，比较 CA0 、CA ， 若各处 CA0=CA 则表明搅拌均匀 若各处 CA0=CA 则表明搅拌尚不均匀，偏离越大，均匀程度越差。 引入调匀度衡量样品与均匀状态的偏离程度 定义某液体的调匀度 I 为： （当样品中 CA CA0 时） 或 （当样品中 CA CA0 时） 显然 I ≤1 若取 m 个样品，则该样品的平均调匀度为 当混合均匀时 2、混合尺度 设有 A、B 两种液体混合后达到微粒均布状态。 A B A A V V V C + 0 = A0 A C C I = 0 1 1 A A C C I − − = m I I I I + ++ m = − 1 2 =1 − I
A B A B （a） （b） A B A B （a） （b） A B A B （a） （b） 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 当 ，桨对中安装， n 。 液体绕轴整体旋转， 不利 于混合。 （1）旋桨式搅拌器 类似于无壳的轴流泵结构：
A B A B （a） （b） A B A B （a） （b） A B A B （a） （b） 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 当 ，桨对中安装， n 。 液体绕轴整体旋转， 不利 于混合。 （1）旋桨式搅拌器 类似于无壳的轴流泵结构：
④d j=（0.2~0.5)D (0.33 居多) d j：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。 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） 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，≤ 2000c p。 d 、 桨 转 速 较 高 ， 圆 周 速 度 u=5~15m/s n=100~500rpm e、d j=(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）
④d j=（0.2~0.5)D (0.33 居多) d j：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。 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） 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，≤ 2000c p。 d 、 桨 转 速 较 高 ， 圆 周 速 度 u=5~15m/s n=100~500rpm e、d j=(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）
（3）桨式搅拌器 当 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。 结构： 水的搅动范围为 4D 当 ＞5000c p 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 时，应采用 D n 的桨
（3）桨式搅拌器 当 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。 结构： 水的搅动范围为 4D 当 ＞5000c p 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 时，应采用 D n 的桨
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=1~100 rpm 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μ＞5000CP ⑤当容器内液位较高时，可在同一轴上安装 几个桨叶
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=1~100 rpm 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μ＞5000CP ⑤当容器内液位较高时，可在同一轴上安装 几个桨叶
（4）锚删式搅拌器 结构： 2、搅拌容器 形状： 敞开式 封闭式 锥型底 圆弧底 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。 （3）容器容量及结构尺寸 ①容器长径流比 H/D ②搅拌容器装料量 搅拌容器装满程度用装满系数 η 表示 根据实验一般： H/D=1~3 液—固相 液—液相 H/D=1~2 气—液相 H/D=1.7 ~2.5 发酵容器 H D
（4）锚删式搅拌器 结构： 2、搅拌容器 形状： 敞开式 封闭式 锥型底 圆弧底 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。 （3）容器容量及结构尺寸 ①容器长径流比 H/D ②搅拌容器装料量 搅拌容器装满程度用装满系数 η 表示 根据实验一般： H/D=1~3 液—固相 液—液相 H/D=1~2 气—液相 H/D=1.7 ~2.5 发酵容器 H D
η=Vg/ V 式中: V g 实际盛装物料的容积 V 容器全容积 η=0.6~0.85 如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态 η=0.6~0.7 (取低值) 当物料反映平稳或粘度较大时 η=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: 将 H/D 及 V=V g/η 代入 注:D 应圆整为标准直径 容器高度计算: 式中:v 封头部分容积 注:H 应圆整 校核:H/D 及η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 D H V D H D 2 3 4 4 = = 3 ( / ) 4 H D Vg D = V v D H 2 4 − = 2 4 D v Vg H − =
η=Vg/ V 式中: V g 实际盛装物料的容积 V 容器全容积 η=0.6~0.85 如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态 η=0.6~0.7 (取低值) 当物料反映平稳或粘度较大时 η=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: 将 H/D 及 V=V g/η 代入 注:D 应圆整为标准直径 容器高度计算: 式中:v 封头部分容积 注:H 应圆整 校核:H/D 及η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 D H V D H D 2 3 4 4 = = 3 ( / ) 4 H D Vg D = V v D H 2 4 − = 2 4 D v Vg H − =
② 倾斜安装 ③側壁安装 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
② 倾斜安装 ③側壁安装 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
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 式中：W b—挡板宽度 d j —液轮直径 n b —挡板数目 通常： 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。 B、中粘度物料，挡板离开壁面安装，防止死区。 C、高粘度物料（μ=12000cp） 流体粘度足以抑制打旋，可不加挡板 ( ) . 0.35 1.2 b = b n dj W 10 1 = dj Wb = 4 b n
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 式中：W b—挡板宽度 d j —液轮直径 n b —挡板数目 通常： 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。 B、中粘度物料，挡板离开壁面安装，防止死区。 C、高粘度物料（μ=12000cp） 流体粘度足以抑制打旋，可不加挡板 ( ) . 0.35 1.2 b = b n dj W 10 1 = dj Wb = 4 b n