工業(yè)攪拌機(jī)—概述
攪拌與混合是化學(xué)、制藥、食品、環(huán)保等工業(yè)中常見的關(guān)鍵單元操作之一。比如，一個合成纖維廠中，作為核心設(shè)備的聚合反應(yīng)器僅兩臺，而與之配套的配料槽、溶解槽、稀釋槽、緩沖槽等輔助攪拌設(shè)備則多達(dá)30臺。在高分子材料生產(chǎn)中，作為核心設(shè)備的聚合反應(yīng)器85％是攪拌設(shè)備。在制藥發(fā)酵生產(chǎn)過程中，從種子培養(yǎng)到關(guān)鍵的發(fā)酵過程，幾乎全部是攪拌設(shè)備。
鑒于攪拌設(shè)備的廣泛應(yīng)用，其重點主要是對于常規(guī)攪拌槳在低粘和高粘非牛頓均相體系、固液懸浮和氣液分散等非均相體系中的攪拌功耗、混合時間等宏觀量進(jìn)行實驗研究。長期以來,雖然有大量設(shè)計經(jīng)驗和關(guān)聯(lián)式可用于分析和預(yù)測混合體系,但將攪拌反應(yīng)器從實驗室規(guī)模直接放大到工業(yè)規(guī)模,仍是十分危險的,至今仍然需要通過逐級放大來達(dá)到攪拌設(shè)備所要求的傳質(zhì)、傳熱和混合。
新型攪拌與混合設(shè)備的開發(fā)
在發(fā)酵等涉及氣液兩相過程中，廣泛應(yīng)用著用于氣體分散的圓盤渦輪類攪拌器。從80年代開始，對這類攪拌器的研究隨著測試手段與計算流體力學(xué)的發(fā)展逐步深入。各公司與研究單位也推出了許多功耗更低，氣體分散效果更好的攪拌器。
在高分子工業(yè)中，研究開發(fā)高效的聚合反應(yīng)器對攪拌設(shè)備的發(fā)展產(chǎn)生了強(qiáng)大的推動力。對于聚合反應(yīng)器來說，不僅需要良好的混合性能，還需要對物料提供足夠大的剪切，同時為了及時撤除反應(yīng)熱，還需要攪拌槽具有盡可能高的傳熱能力。軸流式攪拌器往往不能滿足這種多方面的要求。一些大型的、包括石化部門的企業(yè)集團(tuán)，如日本的住友重機(jī)、三菱重工等便從開發(fā)新型、高效聚合反應(yīng)器的角度，發(fā)明了如大葉片式、泛能式、葉片組合式攪拌器。這些攪拌器從綜合性能看，它較平衡地考慮了混合、剪切、傳熱以及對液體粘度的適應(yīng)性。
大量的攪拌設(shè)備用于低粘物系的混合和固液懸浮操作,需要葉輪能以低的能耗提供高的軸向循環(huán)流量。傳統(tǒng)的船舶推進(jìn)式葉輪能滿足這個要求，但其葉片為復(fù)雜的立體曲面，制造困難,且較難大型化。
型寬粘度域攪拌器
對于傳統(tǒng)的的攪拌器，一般可以分為兩類。一類是用于低粘流體的槳式、渦輪式攪拌器等，另一類是用于高粘流體的螺帶、框式等攪拌器。但是，在許多反應(yīng)過程中，比如聚合反應(yīng)過程，開始時物料的粘度很低，隨著反應(yīng)的進(jìn)行粘度越來越大。在這種情況下，攪拌器的選用就會發(fā)生問題。對于這種工況，可以采用組合式攪拌裝置，即中心設(shè)置適用低粘流體的攪拌器，再增加適用高粘流體的大直徑框式攪拌器。粘度低時啟動中心攪拌裝置，停止框式攪拌器，使其作為擋板使用；粘度增大后，同時啟用兩套裝置，共同作用。但是，組合式攪拌裝置的傳動機(jī)構(gòu)一般比較復(fù)雜。
流場的測試技術(shù)與計算流體力學(xué)
在評價一個攪拌設(shè)備的混合效果時可以有多種手段，比如攪拌功率的測量、傳熱系數(shù)的測量、混合時間的測量等，但基本的評價在于測量攪拌設(shè)備內(nèi)物料形成的流場。作為攪拌技術(shù)的核心是要弄清楚對于某一類混合（如固－液懸浮、液－液分散等）需要什么樣的流場，使用怎樣的攪拌器以及怎樣的操作條件能以少的能耗來獲得所需要的流場。采用先進(jìn)的測試手段和建立合理的數(shù)學(xué)模型，獲得攪拌槽內(nèi)的速度場、溫度場和濃度場，不僅對攪拌設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且對放大和混合的基礎(chǔ)研究具有現(xiàn)實的理論意義。
工業(yè)攪拌機(jī)—開發(fā)技術(shù)
1、激光多普勒測速技術(shù)（LDV）
2、粒子成像測速技術(shù)（PIV）
3、電子過程斷層成像技術(shù)（EPT）
4、計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)
由于應(yīng)用體系的多樣性和物料流變特性的復(fù)雜性，長期以來流體混合都是通過實驗方法研究攪拌功率等宏觀量。準(zhǔn)確地描述和模擬均相、非均相混合過程以及復(fù)雜的混合與反應(yīng)耦合的過程，為混合設(shè)備的設(shè)計優(yōu)化和放大提供理論指導(dǎo)，是混合技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。新的測量和模擬技術(shù)的應(yīng)用使混合技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，這將直接有助于設(shè)計更加安全和優(yōu)化的過程設(shè)備，提高過程效率和降低失敗風(fēng)險，并終提高反應(yīng)產(chǎn)率。新型攪拌器的開發(fā)和混合設(shè)備的智能化輔助設(shè)計，將促進(jìn)流體混合技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的高效性和方便性。
