攪拌機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、中間軸和支承件等組成。電動(dòng)機(jī)、變速箱和傳動(dòng)基座等安裝在反應(yīng)器的蓋子上,攪拌器軸穿過蓋子裝在傳動(dòng)基座內(nèi)的滾動(dòng)軸承上,通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)變速箱的輸出軸相連,或與電動(dòng)機(jī)直接相連。
釜內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)的能量來自攪拌器,攪拌時(shí)攪拌器功率消耗的大小是液體攪拌程度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量度,亦是選擇匹配電動(dòng)機(jī)功率的依據(jù)。攪拌所需要的功率取決于所期望的流型和湍動(dòng)程度,即攪拌功率是攪拌器形狀、大小、轉(zhuǎn)速和在軸上的位置及液體性質(zhì)、反應(yīng)釜尺寸與內(nèi)部構(gòu)件的函數(shù),功率消耗可表達(dá)為P =f(N,d, p, u, g)。
若對(duì)于給定的攪拌系統(tǒng),有現(xiàn)成的功率曲線可用,則可由攪拌條件下葉輪的雷諾數(shù)查得功率函數(shù)或功率準(zhǔn)數(shù),據(jù)此算出不同轉(zhuǎn)速、液體a度和密度下的攪拌功率,再進(jìn)行幾何尺寸影響的校正。
在低雷諾數(shù)下,當(dāng)Re 小于率曲線均為一段直線,直線的斜率為一1,且對(duì)同一型式的攪拌器,有擋板與無擋板的功率消耗相同。由此表明:層流攪拌條件下所有攪拌器的行為一致;而在湍流攪拌條件下,當(dāng)Re 大于 104時(shí),對(duì)同一型式的攪拌器,有擋板比無擋板時(shí)的功率消耗要多,且不同型式的攪拌器中渦輪式比螺旋槳式功率消耗大,帶有斜葉片的渦輪居中。六葉片渦輪式攪拌器在湍流區(qū)
和層流區(qū)的功率消耗相差不大,這類攪拌器具有較平坦的功率曲線,表明它們?cè)诠潭ㄞD(zhuǎn)速和有擋板情況下操作時(shí),可用來處理黏度范圍很廣的多種液體?,F(xiàn)在就形狀因子對(duì)攪拌功率的影響及其他攪拌系統(tǒng)功率的計(jì)算,分別討論如下。
1)形狀因子對(duì)攪拌功率的影響
實(shí)際使用的攪拌器多種多樣,其功率曲線往往不能從文獻(xiàn)上查得,但攪拌器的各項(xiàng)尺寸和葉輪直徑等都有一定的比例關(guān)系,此比值稱為形狀因子或幾何因子。若已知形狀因子對(duì)功率準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系,便可根據(jù)構(gòu)型相近的攪拌器的功率曲線加以校正,估算出該裝置的功率值,省卻了實(shí)驗(yàn)測(cè)定。
釜型對(duì)攪拌功率的影響不大,但對(duì)循環(huán)流型有很大的影響。消除打漩現(xiàn)象后,將攪拌器從釜側(cè)壁插人或偏心安裝所消耗的功率與在擋板釜中對(duì)中安裝時(shí)所消耗的功率相近。
2)固體懸浮系統(tǒng)的攪拌功率
對(duì)在固液懸浮系統(tǒng)中達(dá)到指定懸浮狀態(tài)所需的攪拌功率,分作兩種情況討論如下:
①臨界懸浮狀態(tài)。在臨界懸浮狀態(tài)下,各種密度的固體顆粒在垂直方向上剛好全部離開反應(yīng)器底部,有效相際表面不再增加,此狀態(tài)下的攪拌速率稱為臨界懸浮速率。當(dāng)攪拌速率大于此值后,功率消耗劇增,而產(chǎn)生的效果卻很小。
3)氣液懸浮系統(tǒng)的攪拌功率在發(fā)酵、廢液處理和抗菌素等生產(chǎn)中,采用的機(jī)械攪拌槽需用氣體處理懸浮液或乳濁液,多為間歇操作,以使液體混合。對(duì)此系統(tǒng)攪拌功率的計(jì)算:一是考慮通人氣體造成的攪拌功率的變化;二是為達(dá)到一定的氣體分散程度所需攪拌功率。
①通人氣體攪拌時(shí),由于氣體在液體中的鼓泡,降低了被攪拌液體的有效密度,因此使攪拌功率降低。
②對(duì)于氣液間的化學(xué)反應(yīng),當(dāng)化學(xué)反應(yīng)速率控制過程速率時(shí),希望在盡可能長(zhǎng)的接觸時(shí)間下操作,此時(shí)達(dá)到指定的兩相接觸時(shí)間,
③當(dāng)通人氣量增大到一定程度,葉輪被大量氣體包圍,不能再有效地操作即達(dá)到液汽點(diǎn)時(shí),則需稍稍減小氣量,方能使液體又循環(huán)流動(dòng),并使氣泡分散將此操作點(diǎn)稱作“再分散點(diǎn)”,由此確定了通氣量的上限口。,其單位為m3/s
4)電動(dòng)機(jī)功率的確定
攪拌裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)恰當(dāng)?shù)卮_定驅(qū)動(dòng)攪拌器的電動(dòng)機(jī)功率。若電動(dòng)機(jī)容量小,則達(dá)不到所要求的攪拌效果,甚至使電動(dòng)機(jī)燒壞;若容量過大,則使投資費(fèi)用和操作成本增高。電動(dòng)機(jī)額定功率是根據(jù)預(yù)定操作條件下所需攪拌功率確定的。
湍流時(shí)的功率消耗大。湍流態(tài)下流體粘度對(duì)攪拌功率無影響,而層流態(tài)下,攪拌功率與黏度成正比,但流體豁度時(shí)的攪拌功率亦只接近于充分擋板化揣流攪拌條件下的攪拌功率,同時(shí)葉輪在靜止流體中開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)功率亦只等于充分擋板化湍流條件下的攪拌功率。因此以充分擋板化條件下所需攪拌功率為攪拌功率。攪拌器距釜底的高度拭對(duì)攪拌功率尸二的影響不大,但葉片寬度,W和d/D值影響
所計(jì)算的攪拌功率為攪拌器的軸功率,即單位時(shí)間內(nèi)流體需得到的能量,為電動(dòng)機(jī)輸人功率的80%。此外還應(yīng)考慮攪拌器軸承密封件的機(jī)械摩擦、減速箱中的摩擦損失及電動(dòng)機(jī)中電流損失等,將匹配電動(dòng)機(jī)的額定功率進(jìn)一步放大。
釜內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)的能量來自攪拌器,攪拌時(shí)攪拌器功率消耗的大小是液體攪拌程度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量度,亦是選擇匹配電動(dòng)機(jī)功率的依據(jù)。攪拌所需要的功率取決于所期望的流型和湍動(dòng)程度,即攪拌功率是攪拌器形狀、大小、轉(zhuǎn)速和在軸上的位置及液體性質(zhì)、反應(yīng)釜尺寸與內(nèi)部構(gòu)件的函數(shù),功率消耗可表達(dá)為P =f(N,d, p, u, g)。
若對(duì)于給定的攪拌系統(tǒng),有現(xiàn)成的功率曲線可用,則可由攪拌條件下葉輪的雷諾數(shù)查得功率函數(shù)或功率準(zhǔn)數(shù),據(jù)此算出不同轉(zhuǎn)速、液體a度和密度下的攪拌功率,再進(jìn)行幾何尺寸影響的校正。
在低雷諾數(shù)下,當(dāng)Re 小于率曲線均為一段直線,直線的斜率為一1,且對(duì)同一型式的攪拌器,有擋板與無擋板的功率消耗相同。由此表明:層流攪拌條件下所有攪拌器的行為一致;而在湍流攪拌條件下,當(dāng)Re 大于 104時(shí),對(duì)同一型式的攪拌器,有擋板比無擋板時(shí)的功率消耗要多,且不同型式的攪拌器中渦輪式比螺旋槳式功率消耗大,帶有斜葉片的渦輪居中。六葉片渦輪式攪拌器在湍流區(qū)
和層流區(qū)的功率消耗相差不大,這類攪拌器具有較平坦的功率曲線,表明它們?cè)诠潭ㄞD(zhuǎn)速和有擋板情況下操作時(shí),可用來處理黏度范圍很廣的多種液體?,F(xiàn)在就形狀因子對(duì)攪拌功率的影響及其他攪拌系統(tǒng)功率的計(jì)算,分別討論如下。
1)形狀因子對(duì)攪拌功率的影響
實(shí)際使用的攪拌器多種多樣,其功率曲線往往不能從文獻(xiàn)上查得,但攪拌器的各項(xiàng)尺寸和葉輪直徑等都有一定的比例關(guān)系,此比值稱為形狀因子或幾何因子。若已知形狀因子對(duì)功率準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系,便可根據(jù)構(gòu)型相近的攪拌器的功率曲線加以校正,估算出該裝置的功率值,省卻了實(shí)驗(yàn)測(cè)定。
釜型對(duì)攪拌功率的影響不大,但對(duì)循環(huán)流型有很大的影響。消除打漩現(xiàn)象后,將攪拌器從釜側(cè)壁插人或偏心安裝所消耗的功率與在擋板釜中對(duì)中安裝時(shí)所消耗的功率相近。
2)固體懸浮系統(tǒng)的攪拌功率
對(duì)在固液懸浮系統(tǒng)中達(dá)到指定懸浮狀態(tài)所需的攪拌功率,分作兩種情況討論如下:
①臨界懸浮狀態(tài)。在臨界懸浮狀態(tài)下,各種密度的固體顆粒在垂直方向上剛好全部離開反應(yīng)器底部,有效相際表面不再增加,此狀態(tài)下的攪拌速率稱為臨界懸浮速率。當(dāng)攪拌速率大于此值后,功率消耗劇增,而產(chǎn)生的效果卻很小。
3)氣液懸浮系統(tǒng)的攪拌功率在發(fā)酵、廢液處理和抗菌素等生產(chǎn)中,采用的機(jī)械攪拌槽需用氣體處理懸浮液或乳濁液,多為間歇操作,以使液體混合。對(duì)此系統(tǒng)攪拌功率的計(jì)算:一是考慮通人氣體造成的攪拌功率的變化;二是為達(dá)到一定的氣體分散程度所需攪拌功率。
①通人氣體攪拌時(shí),由于氣體在液體中的鼓泡,降低了被攪拌液體的有效密度,因此使攪拌功率降低。
②對(duì)于氣液間的化學(xué)反應(yīng),當(dāng)化學(xué)反應(yīng)速率控制過程速率時(shí),希望在盡可能長(zhǎng)的接觸時(shí)間下操作,此時(shí)達(dá)到指定的兩相接觸時(shí)間,
③當(dāng)通人氣量增大到一定程度,葉輪被大量氣體包圍,不能再有效地操作即達(dá)到液汽點(diǎn)時(shí),則需稍稍減小氣量,方能使液體又循環(huán)流動(dòng),并使氣泡分散將此操作點(diǎn)稱作“再分散點(diǎn)”,由此確定了通氣量的上限口。,其單位為m3/s
4)電動(dòng)機(jī)功率的確定
攪拌裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)恰當(dāng)?shù)卮_定驅(qū)動(dòng)攪拌器的電動(dòng)機(jī)功率。若電動(dòng)機(jī)容量小,則達(dá)不到所要求的攪拌效果,甚至使電動(dòng)機(jī)燒壞;若容量過大,則使投資費(fèi)用和操作成本增高。電動(dòng)機(jī)額定功率是根據(jù)預(yù)定操作條件下所需攪拌功率確定的。
湍流時(shí)的功率消耗大。湍流態(tài)下流體粘度對(duì)攪拌功率無影響,而層流態(tài)下,攪拌功率與黏度成正比,但流體豁度時(shí)的攪拌功率亦只接近于充分擋板化揣流攪拌條件下的攪拌功率,同時(shí)葉輪在靜止流體中開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)功率亦只等于充分擋板化湍流條件下的攪拌功率。因此以充分擋板化條件下所需攪拌功率為攪拌功率。攪拌器距釜底的高度拭對(duì)攪拌功率尸二的影響不大,但葉片寬度,W和d/D值影響
所計(jì)算的攪拌功率為攪拌器的軸功率,即單位時(shí)間內(nèi)流體需得到的能量,為電動(dòng)機(jī)輸人功率的80%。此外還應(yīng)考慮攪拌器軸承密封件的機(jī)械摩擦、減速箱中的摩擦損失及電動(dòng)機(jī)中電流損失等,將匹配電動(dòng)機(jī)的額定功率進(jìn)一步放大。