高黏度流體攪拌對(duì)機(jī)械攪拌器的要求

黏度是流體的一種屬性。它反映了流體運(yùn)動(dòng)時(shí)剪切應(yīng)力與剪切速度梯度的比值關(guān)系。所以黏度大小對(duì)流動(dòng)狀態(tài)有很大的影響，也必然對(duì)機(jī)械攪拌器的攪拌過(guò)程有很大的影響。流體在管路中流動(dòng)時(shí)，有層流、過(guò)渡流、湍流三種狀態(tài)，攪拌罐中也有這樣三種流動(dòng)狀態(tài)，與管路中一樣決定這些狀態(tài)的是雷諾數(shù)Re，黏度是決定Re大小的主要參數(shù)之一。

在攪拌過(guò)程中，所謂黏度高低的說(shuō)法并沒(méi)有嚴(yán)格的界限，一般所謂高低只是一個(gè)習(xí)慣的說(shuō)法。大致以2500m Pa.s或10四次方mPa.s以上為高黏度．在此以下都可稱(chēng)為低黏度。也有的只將100mPa.s以下稱(chēng)為低黏度，中間又分出一個(gè)中等黏度的范疇。因?yàn)榈宛ざ扰c中等黏度的液體在攪拌時(shí)流動(dòng)狀態(tài)的區(qū)別不大，所以將其統(tǒng)稱(chēng)為低黏度，以與高黏度液體相區(qū)別。關(guān)于目前常用的液體攪拌器所適用的黏度范圍，說(shuō)法也不同。有的認(rèn)為適用在2×10的五次方mPa.s以下，制冰池?cái)嚢杵魅娜?，也有的認(rèn)為可用到1x10的六次方mPa.s。這些說(shuō)法都未提及其他指標(biāo)，所以也只能理解為一個(gè)大致的范圍。

化工攪拌器中高黏流體的刮壁傳熱

在化工領(lǐng)域，高黏度流體的處理比較常見(jiàn)，在處理高黏流體時(shí)，目前廣泛采用的推進(jìn)式、槳式和渦輪式等化工攪拌器工作效率不高，若選用錨式化工攪拌器則會(huì)出現(xiàn)近壁面溫度不均勻等現(xiàn)象。因此，通常使用螺帶式和螺桿式加導(dǎo)流筒處理高黏流體，但有時(shí)傳熱效果并不明顯，尤其是生產(chǎn)高分子聚合物時(shí)，往往會(huì)在釜壁產(chǎn)生黏釜物，而這些黏釜物可大大降低傳熱效果。如懸浮法生產(chǎn)PVC時(shí)，僅0.1MM厚的黏釜物，就能使傳熱總系數(shù)減少35%。而在用連續(xù)溶液法或本體法生產(chǎn)聚合物時(shí)，產(chǎn)生的黏釜物遠(yuǎn)大于0.1mm，甚至達(dá)到十多毫米厚，近似于絕熱操作。

發(fā)生這種情況的主要原因是：處理高黏流體時(shí)，化工攪拌器的攪拌轉(zhuǎn)速通常很低，普通葉輪造成流體的移動(dòng)僅能擴(kuò)展至很短的距離，因而不足以克服流體的黏性力，于是傳熱面就黏有一層相當(dāng)厚的高黏流體。要提高傳熱系數(shù)必須將這層黏釜物刮除，即采用刮壁式化工攪拌器來(lái)減薄其熱邊界層黏釜物厚度，以強(qiáng)化傳熱，并由此倡導(dǎo)了刮壁式傳熱學(xué)理論。

攪拌器混合速率和混合效率

在攪拌器的攪拌過(guò)程中，我們常用均一化時(shí)間θm來(lái)定量地表示混合速率。均一化時(shí)間θm的定義是：將兩種完全互溶，但其物理或化學(xué)性質(zhì)（如電導(dǎo)率、顏色、溫度、折光率等）有差異的流體通過(guò)攪拌使之達(dá)到規(guī)定混合程度所需的時(shí)間。由于測(cè)量混合時(shí)間的種種條件以及所要求達(dá)到的終均勻程度是人為確定的，故θm的數(shù)值僅在相同的測(cè)試條件下有相互比較的價(jià)值。

在對(duì)比不同攪拌葉輪的混合速率時(shí)常用無(wú)量綱混合時(shí)間，即混合時(shí)間數(shù)Tm：

Tm=θmN

Tm的物理意義為：達(dá)到規(guī)定混合，攪拌器葉輪所需的轉(zhuǎn)數(shù)。Tm值越低，則表明該葉輪的混合速率越高。

在湍流混合時(shí)，各種葉輪的Tm為一常數(shù)；而在高黏度液體的層流攪拌時(shí)，對(duì)于那些適合于高黏度液體混合的葉輪，如螺帶式或螺桿式葉輪等則Tm亦為一常數(shù)；然而對(duì)于一些不適合高黏度液體混合的葉輪來(lái)說(shuō)，例如用d/D=0.5左右的盤(pán)式渦輪在層流下混合高黏度液體時(shí)，由于罐內(nèi)有混合死角，不能求得確切的均一化時(shí)間θm，故也不能算得Tm值。

有人研究了Tm和Np、Nqd等的關(guān)系，對(duì)于用平葉渦輪式、平葉槳式．彎曲葉槳式、布魯馬金式和推進(jìn)式等葉輪攪拌低黏度液體的場(chǎng)合得到如下的關(guān)系式：

常用單位體積混合能Wv來(lái)表示混合效率。Wv是單位體積攪拌功率和均一化時(shí)間θm的乘積。Wv=pvθm。

需指出的是θm。不是一個(gè)嚴(yán)密定義的量，如前所述，它隨測(cè)量者的實(shí)驗(yàn)條件而變。故用Wv來(lái)比較不同葉輪的混合效率時(shí)，往往用一個(gè)基準(zhǔn)的葉輪的Wv值作為參比值。

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