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如何防止化工搅拌器中的打旋现象
在某些工况下,化工搅拌器在搅拌过程中会发生打旋现象,这种现象对搅拌十分不利。
在打旋过程中,液体随着叶轮而运动,但是这种运动时同步的,就是所有液体一起运动,分子间的相对位置并没有发生变化,所有,液体并没有真正混合。
打旋会使得漩涡的中心下凹,这样很可能引起空气和叶轮的接触,在搅拌过程中,液体之间的摩擦,叶轮和液体的摩擦都会产生热能,而空气和旋转的液体及叶轮接触,并有一定温度,那么很可能产生化学反应,以及气液混合,这对于化工搅拌器的搅拌效果影响,还有可能对叶轮产生腐蚀。并且由于由于中央液面下凹,液体也无法和叶轮完全接触,也影响到了叶轮的搅拌效果。
搅拌器中的三种基本流型
搅拌器的流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切,搅拌器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。釜内的流型主要取决于搅拌方式、搅拌器、容器形状、挡板等几何特征,以及流体性质、转速等因素。对于工业上应用多的立式圆筒搅拌器顶插式中心安装,搅拌将产生三种基本流型。
(1)径向流流体的流动方向垂直于主轴沿径向流动,碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动,再回到叶端,不穿过叶片形成上、下两个循环流动,见图5-2 (a)。搅拌器的圆盘是产生径向流的主要原因。
(2)轴向流流体的流动方向平行于主轴,流体由桨叶推动,使流体向下流动,碰到器底再翻上,形成上下循环流,见图5-2(b)。轴向流的产生是由于流体对旋转叶片产生的升力的反作用力引起的。
(3)切向流无挡板的容器内,流体绕轴作旋转运动,沥青搅拌器,流速高时。液体表面会形成漩涡,如图5—2(c)所示。此时流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小,混合效果很差。
上述三种流型通常可能在搅拌器中同时存在,食用油搅拌器,其中轴向流与径向流对混合起主要作用,而切向流应如以抑制。采用挡板可削弱切向流,嘉兴搅拌器,增强轴向流和径向流作用。
机械搅拌器中非依时性非牛顿流体
非依时性非牛顿流体是机械搅拌器中的常见流体,属于非牛顿流体中的一种。
符合上面公式的流体称之为纯黏性非牛顿流体,或广义牛顿流体,即流体在任何处的切应变速率都是切应力的函数。根据函数f(r)形式的不同,这种流体习惯上又可细分成三种类型:宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。
(1)宾汉塑性流体,在宾汉塑性流体的流动曲线上存在一个屈服应力,在屈服之前,它呈现固体行为。一般认为宾汉塑的现象产生于材料的一种三维刚性,这种刚性结构具有内在应力。当材料承受的应力小于屈服应力时,这种三维结构不足以被破坏,故不产生流动。但是当外部施加的应力大于屈服应力时,这种三维刚性就被破坏,呈现牛顿流动行为。
机械搅拌器中呈现宾汉塑的常见流体有污水泥浆、油脂、油漆、牙膏、淤泥、蛋黄酱、含有固体颗粒的白垩等;许多浓悬浮液也有屈服值,如将大量二氧化钛、碳酸钙、氧化铁等微粉混合入水中也可得宾汉塑性流体。
(2)假塑性流体,假塑性流体没有屈服应力,其流变行为的主要特征是黏度随切应力的增加而下降。这类流体通常可以用密律方程描述(此时,又可称为密律流体)。
在搅拌与混合技术中,研究得多的非牛顿流体是假塑性流体,具有这种流变行为的流体广泛存在于机械搅拌器中,有聚合物、聚合物溶液、悬浮液、高分子溶液以及羧纤维素的水溶液等。
(3)胀塑性流体,胀塑性流体的行为类似于假塑性流体,也没有屈服应力。但是胀塑性流体的黏度随切应变速率的增加而增加。许多高浓度的固体悬浮液具有这种流动行为。当这种悬浮液处于静止时,固体间的孔隙,液体的量由这些小孔隙的空间决定;在低切应变速率下,这些液体起着润滑剂的作用,因此呈现的应力也小;随着切应变速率的增加,液体不足以润滑结构之间的相互作用,应力急剧增加,所以呈现的黏度随切应变速率的增加而增加。
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