搅拌机的原理

一、搅拌过程分类 从搅拌技术观点看，流体搅拌可分为五种基本搅拌应用，而每一种搅拌应用又可根据物理 过程和化学过程分为两种类型。因此，总共有十种基本的搅拌应用。每一种基本搅拌应用都 有各自的搅拌特点，过程要求和放大设计准则。实际应用时，每种搅拌应用往往会有几种基 本搅拌应用组成，如絮凝搅拌过程由液液混合和固体悬浮两个基本搅拌应用组成。 二、搅拌桨叶分类 搅拌机主要有电机、减速装置、搅拌轴和桨叶等组成。搅拌桨叶的形式多种多样， 但无论何种桨叶形式，搅拌机在操作时，其轴功率消耗都产生两部分作用，一部分 是桨叶产生的排液量，另一部分是桨叶产生的压头。桨叶产生的压头又可分成两部 分，即静压头和剪切力；搅拌机桨叶在操作时，必须克服静压头，而剪切力使得物 料分散、混合。因此，根据桨叶产生排液量，克服静压头和产生剪切力能力的大小， 可将所有桨叶分成三种基本类型，即流动型、压头型和剪切型。每一种桨叶在提供 某种基本作用的同时（如流动型桨叶的基本作用是产生排液量），也提供另外两种 作用（产生剪切和克服静压头）。 根据不同的搅拌工程对搅拌要求的不同，选择一种合理的桨叶形式，使得搅拌桨叶 提供的排液量，静压头和剪切之匹配能大限度地满足搅拌过程的搅拌要求。如固体 悬浮及互容液体的混合，要求桨叶能提供大排液量、低剪切。而气一液分散，要求桨 叶能同时提供剪切、排液量和静压。 搅拌桨叶的分类，也可以按照桨叶对流体作用所产生的流动型态来分，可将桨叶分成 两种类型-轴流式桨叶及径流式桨叶。所谓轴流式桨叶，是指桨叶的主要排液方向与搅 拌轴平行，螺旋推进式桨叶即是一种典型的轴流式桨叶；所谓径流式桨叶，是指桨叶的 主要排液方向与搅拌轴垂直。 带有“Sabre"形状叶片的搅拌桨，搅拌能耗量 带有450倾斜平板叶片的轴向搅拌桨，对中小 小，产生的流动为主导轴向型，确保非常有效的 体积的搅拌为经济。这种搅拌桨叶产生的流动为主 水泵效应，这种搅拌桨叶对大多数应用均非常理想 导轴向型带径向流，产生剪切扰动。在不粘的介质中 ，特别是那些需要高速低能耗的场合。例如： 被用于进行悬浮或热交换。倾斜的桨叶低速运转，产 液-固悬浮，低速时产生非常弱或中等水平扰动， 生较高的扰动。这种基本搅拌桨叶通常对一些简单搅 适用于低剪切系数的絮凝混合。 拌应用有效。 螺旋推进式型桨叶，对小体积的搅拌为经济。 在无粘性的介质中，适合于气-液交换及热交换 用于固体、混合物、乳液的传统桨叶，产生中等水平 产生径向流，具高抗动性和高能耗，于特殊应用。 扰动。由于重量原因，这种桨叶仅用小直径，经常用 高速运行（电机直接驱动） 三、流体搅拌基本原理及参数 搅拌机是由多个参数决定的，用任何一个单一参数来描述一台搅拌机是不可能的。

轴功率（P）、 桨叶排液量（Q）、压头（H）、桨叶直径（D）及搅拌转速（N）是描述一台搅拌机的五个基本 参数。 桨叶的排液量与桨叶本身的流量准数，桨叶转速的一次方及桨叶直径的三次方成正比。 而搅拌消耗的轴功率则与流体比重，桨叶本身的功率准数，转速的三次方及桨叶直径的 五次方成正比。 在一定功率及桨叶形式情况下，桨叶排液量（Q）以及压头（H）可以通过改变桨叶的 直径（D）和转速（N）的匹配来调节，即大直径桨叶配以低转速（保证轴功率不变）的 搅拌机产生较高的流动作用和较低的压头，而小直径桨叶配以高转速则产生较高的压头 和较低的流动作用。 在搅拌槽中，要使微团相互碰撞，办法是提供足够的剪切速率。

从搅拌机理看， 正是由于流体速度差的存在，才使流体各层之间相互混合，因此，凡搅拌过程总是涉及 到流体剪切速率。剪切应力是一种力，是搅拌应用中气泡分散和液滴破碎等的真正原因。 必须指出的是，整个搅拌槽中流体各点剪切速率的大小并不是一致的。

通过对剪切速率 分布的研究表明，在一个搅拌槽中至少存在四种剪切速率数值，它们是： 实验研究表明，就桨叶区而言，无论何种浆型，当桨叶直径一定时，大剪切速率和 平均剪切速率都随转速的提高而增加。但当转速一定时，大剪切速率和平均剪切速率 与桨叶直径的关系与浆型有关。当转速一定时，径向型桨叶大剪切速率随桨叶直径的 增加而增加，而平均剪切速率与桨叶直径大小无关。这些有关桨叶区剪切速率的概念，在 搅拌机缩小及放大设计中需要特别当心。因小槽与大槽相比，小槽搅拌机往往具有高转速 （N）、小桨叶直径（D）及低叶尖速度（ND）等特性，而大槽搅拌机往往具有低转速（N） 大桨叶直径（D）及高叶尖速度（ND）等特性。