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        攪拌設備中的攪拌器是什么(三)

        • 在上二篇幅介紹了攪拌設備的基本知識,結構與應用范圍,第二章還介了化工行業攪拌機的一些原理。還是老話江西益泰攪拌機械制造有限公司作為多年的攪拌機械生產商,多年來為各行業開發出百余種攪拌設備,隨著中國工業的發展需要,有些設備需要維修以及換代,為了更好的讓用戶全方面的對攪拌設備的了解,作為攪拌機械設備界的龍頭企業,益泰機械公司不惜人力財重新整理關于攪拌設備的文章,在此表示感謝,

          三、 攪拌設備的國內外現狀

          1、攪拌設備工作目的與意義

          化工反應中攪拌器的目的是借助攪拌器的作用使化工生產中的液體充分混合,以滿足化學反應能夠最大程度的進行。該設備可以代替手動攪拌對人體有毒或對皮膚有傷害的化工原料,結構簡單,使用方便,在化工生產應用比較廣泛。本課題要求設計一個小型攪拌器,容積在500升左右,工作平穩靈活,使用方便。本題目主要涉及化工生產中攪拌器的設備設計,主要解決的問題是化工生產中該設備的設計,包括:攪拌器的選擇、電動機及減速器的選型、支撐裝置的設計、軸的選擇及密封設置、攪拌容器的設計,并畫出相應的設備圖。

          2 、攪拌設備攪拌器的發展史及現狀攪拌混合設備是一種應用廣泛、品種繁多的流體機械產品,適用于化工、冶金、醫藥、食品和飼料等領域。攪拌操作是工業反應過程的重要環節,它的原理涉及流體力學、傳熱、傳質及化學反應等多種過程,而攪拌器是為了使攪拌介質獲得適宜的流動場而向其輸入機械能量的裝置。因此攪拌器也叫做Mixer,或叫做Agitator,Stirrer。廣義的攪拌還包括將固體微粒分散懸浮在溶液里面或將溶液變成均勻的乳化液,因此它包括分散器和均質機。某些攪拌器能產生極大的剪切力,以獲得細化的粒子比膠體磨大10倍以上的亞微米懸浮體,因此,可用于制造色拉醬、美容乳之類的精細食品和化學品。石化工業常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應釜、汽提釜等統稱為攪拌容器(Agitatored Vessels,或Stirred Vessels)。

          近年來,攪拌器和攪拌容器獲得飛速發展的同時,正面臨著滿足合理利用資源、節能降耗和對環境保護要求的嚴峻挑戰。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規模經濟化和品種多樣化的同時,正日趨大型化。益泰攪拌機械自20世紀初生產攪拌反應釜以來已為聚氯乙烯、對苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產了攪拌反應釜近4000臺,容器的最大容量達576m3 ,最大直徑達7620 mm,圓筒部分最大長度達44380 mm,設計壓力最大 28 MPa,設計溫度最高 530 ℃,電機最大功率達 1100 kW?;诠澞艿囊?,開發出變頻調速電機、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機械密封和填料密封,以磁力驅動代替機械傳動?;诮档彤a品總體成本、減少維修保養成本和提高設備平均維修間隔時間的要求,大大提高了設備運行壽命?;跐M足衛生和降低清洗和殺菌成本的要求,實現了CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌),提高了自動化水平,避免了人與產品的接觸,減少了人工操作和待機時間,大大提高了產品的衛生水平。

          3 、攪拌器的主要類型及其發展概況

          根據攪拌器的形狀可以分成直葉槳式、開啟渦輪式、推進式、圓盤渦輪式、錨式、螺帶式、螺旋式等;根據不同液體的粘度可以分為低粘度液攪拌器、中高粘度液攪拌器。低粘度液攪拌器,如:三葉推進式葉輪,折葉槳式 (2~4折葉),6直葉渦輪式,超級混合葉輪式 (HR]O0,HV200)等 ;中高粘度液攪拌器如:錨式、螺桿葉輪式,雙螺旋螺帶葉輪型,超混臺攪拌器 (MR205,305)等。為了達到成品高精度、高品質化要求,國外,特別是日本開發了新型的攪拌裝置 ,以滿足高粘度產品的生產需要。如倒圓錐形螺帶翼式攪拌器、超混合攪拌器、高性能浮動攪拌槽、超振動α型攪拌器等。在對物料的攪拌操作中,人們希望實現多種攪拌目的,因此了解各種攪拌器的特點,選擇適宜的葉輪型式,設計出符合流動狀態特性的攪拌器是非常重要的。攪拌槽內的液體進行著三維流動,為了區分攪拌槳葉排液的流向特點,根據主要排液方向,按圓柱坐標把典型槳葉分成徑向流葉輪和軸向流葉輪 。齒片式、平葉槳式、直葉圓盤渦輪式和彎曲葉渦輪式在無擋板攪拌槽中除了使液體產生與葉輪一起回轉的周向流外,還由于葉輪的離心力是液體沿葉片向槽壁射出,形成強 大有力的徑向流,故稱這些葉輪為徑向流葉輪。徑向流葉輪攪拌器旋轉時,將物料由軸向吸入再徑向排出,葉輪功率消耗大,攪拌速度較快,剪切力強。如圖1.1、圖1.2所示,是典型的徑向流葉輪型式。

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          圖1.1徑向流葉輪 圖1.2徑向流葉輪

          在湍流狀態下,推進式葉輪除了產生周向流動外,還產生大量軸向流動,是典型的軸向流葉輪。折葉渦輪式葉輪與直葉圓盤渦輪和彎曲葉渦輪式葉輪相比,軸向流成分較多,多用于軸向流的場合。螺帶式和螺桿式葉輪使高粘度物料產生軸向流動,也屬軸向流葉輪型式。軸向流葉輪攪拌器不存在分區循環,單位功率產生的流量大,剪切速率小且在槳葉附近較大范圍內分布均勻,具有較強的最大防脫流能力。如圖1.3、圖 1.4所示,是典型的軸向流葉輪型式。

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          圖1.3軸向流葉輪 圖1.4軸向流葉輪

          新型軸向流葉輪

          在通常情況下,大量的攪拌設備用于低粘物系的混合和固一液懸浮操作,要求葉輪能以低的能耗提供高的軸向循環流量。由于傳統的推進式葉輪葉片為復雜的立體曲面,雖能滿足要求,但制造卻很困難,亦不易大型化。因此競相開發節能高效 、造價低廉且易于大型化的第二代高效軸流攪拌器成為混合設備公司的目標。美國萊寧公司開發了 A310和A315系列(如圖1.5,圖1.6所示)。

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          圖1.5 A310 圖1.6 A315

          國內如北京化工大學和華東理工大學等也分別開發了CBY軸流槳和翼型槳;中國石油化工學院的沈惠平教授等人還研制開發了一種新型高效易于加工的軸流式攪拌葉輪。它是一種空間扭曲板材型槳葉,從葉片端部看,它由許多相似的拱組成,與其所處半徑有關,且具有合理的葉片傾角、拱度及葉片寬度。

          新型攪拌混合設備

          近年來歐洲和Et本開發了很多種適用于高粘和超高粘物系的臥式自清潔攪拌設備。

          瑞士臥式雙軸全相(AllPhase)型攪拌機就是典型的一例。如圖1.7所示。

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          圖1.7瑞士LIST公司全相型自清潔反應器

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          圖1.8復合式攪拌器的結構

          另外,益泰攪拌機械針對在大直徑、低轉速、介質較粘稠的場合,設計了一種復合式攪拌器,很好地解決了無法配備大功率的電機,存在制造、檢修 以及安裝的困難等問題。復合式攪拌器的結構如圖 1.8所示。

          設備設計智能化的實現根據混合專家的經驗和常識,將攪拌混合設備與自動控制技術相結合,在混合設備選型和設計中運用人工智能技術(AJ)和基于知識的系統(KBS),即實現了混合設備選型和設計的智能化。如圖1.9所示,攪拌設備設計專家系統采用總設計任務控制各階段設計分任務,分任務調度相應的設計知識和數據,實現混合設備的專家系統設計的組織方法。通過仔細的分析、歸屬,用智能化設計系統原型階段性地實現混合設備的設計過程,可以把其表示為一系列的設計過程的鏈式序列。各階段相對獨立又相互連續,其中每一個設計階段都將設計結構傳遞給后繼設計過程L6j。該系統從攪拌葉輪的選型、過程設計、機械設計和經濟分析評價,到最終機械繪圖的全過程的都給出了智能化的計算機輔助設計。它可應用于牛頓流體和非牛頓流體,液一液體系、固 一液體系和氣 一液體系,并且可以處理容積超過上百立方米的應用體系。20世紀90年代以來,有關攪拌設備選型和設計的專家系統在國外已有少量報道。如 1994年美國 Chemineer公司報道了該公司有一個用于渦輪式攪拌設備設計的知識庫軟件 AgDesign,據稱該公司90%頂伸人攪拌器的設備均已用此軟件進行設計。芬蘭的Lappeenranta工業大學在1994年發表了有關混合設備初步設計的知識庫系統的論文。在國內,浙江大學也正與大型石化企業合作開發攪拌槽式反應器的智能化輔助選型和設計軟件。

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          圖1.9 混合設計智能化設計系統實現結構

          4、 結語

          攪拌操作是工業反應過程的重要環節,攪拌混合設備在化學工業中擔當著非常重要的角色?,F代化學工業要求有更高更好的攪拌混合技術,因此必須改進傳統攪拌裝置、研制新型混合設備;同時使用 LDV、PIV和 EPT等先進量測技術,運用計算流體動力學知識,深入分析攪拌反應器內的流體流動機理和微觀混合,安全和優化設計、提高過程效率性能和降低失敗風險,并最終提高反應產率。在這些現代先進技術的推動下,攪拌混合技術一定會向一個更新的階段發展。正如上所強調,攪拌操作是工業反應過程的重要環節江西益泰攪拌機械制造有限公司提醒朋友們繼續關注后續篇章。


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