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高黏度流体搅拌器的设计要素

高黏度流体的搅拌器设计，脱硫塔搅拌器，一直是搅拌混合领域中一个很重要的课题。

在我们用多种叶轮对高黏度牛顿流体以及非牛顿流体的混合进行了试验后发现，一个的高黏度液体搅拌器，至少具备两个条件：1.叶轮能提供强有力的剪切，这是减小浓度斑尺寸即分离尺寸的必要条件，如前所述，只有浓度斑足够小，才能产生大面积的界面，促进分子扩散，从而快速达到分子级的混合效果，例如螺带式叶轮和锚式叶轮，通常其d/D都在0.9/0，97左右，即都是所谓近壁型叶轮，在叶轮端部与罐壁之间会产生强烈的剪切，在此消耗了搅拌功率的90%左右。2.由于高剪切区总是只占有罐体积的一小部分，因此只有叶轮能使液体在罐内进行快速的循环，使高剪切区和低剪切区的液体快速交换，才能使全罐快速地达到均匀混合。

长久以来，业内存在这样一种观点，对于近壁型搅拌器，其剪切总是足够的，决定搅拌器混合能力的是叶轮的循环能力，反应釜搅拌器，并且还认为要达到全罐均匀混合，液体至少要在罐内循环三次。因此，哪种叶轮能以短时间完成三次循环，那一种叶轮便是混合速率快的叶轮。这一结论，长时间以来被应用在搅拌器的设计中。然而近年来一些具有复杂传动机构的搅拌器，如在回转的同时进行上、下移动的复动搅拌器和使叶轮往复摆动的往复式搅拌器等，此类搅拌器会产生速度脉动，此类速度脉动，我们可以将其理解为液体在一定方向上的周期性的较为激烈的变化，事实证明速度脉动对于促进混合有很大作用。速度脉动原来是湍流操作特有的现象，然而，复动式搅拌器和往复式搅拌器以其上、下往复运动或正、反转运动，在高黏度液体中产生了强的速度脉动，从而获得了高的混合效率。因此可以将剪切、循环和速度脉动归结为快速混合的二要素。这二要素是开发新型高黏度液体搅拌器的依据。

螺带式搅拌器之搅拌叶为一定宽度及一定螺距之螺旋带。螺旋带方面有多条的也有单条的，可根据需要灵活配置。螺带之外廓近于釜体内壁，这样可以更好的防止物料粘合在内壁上，螺带之旋转方向通常是螺带旋转时沿釜体的内壁上升。搅拌器的螺带宽度一般不大，但长度相对于其它型式的搅拌器而言，一般却要更长。如对强度及耐腐蚀性上无特殊要求，玉树藏族自治州搅拌器，多用扁钢进行加工制造，扁钢的宽在12至300mm，厚在4至60mm，一般的螺带都不会超过这个范围，不过成型方面相对较为困难，如果结构上比较特殊，也可以采用圆钢制成螺带，圆钢的直径一般为5至250mm，部分对精度要求较高的螺带还会采用冷拉圆钢。

桨式和涡轮式搅拌器传热系数关联式

早的搅拌罐传热关联式是由Chilton于1944年提出的，螺带式搅拌器，对于使用单层平桨、并有碟形封头的圆筒形搅拌罐，其被搅拌液体对罐壁和内冷盘管的表面传热系数关联式分别如下：

以后许多研究者改变搅拌器的形状和相对尺寸进行传热研究，提出了很多搅拌罐传热关联式，由于一个关联式只对应于一个几何构形，这些关联式不便使用。

20世纪60年代中至70年代初日本的水科笃郎和永田进治等提出了包含多种桨型和多个尺寸参数的统一关联式，如永田对于桨式和涡轮式两种叶轮，且罐内有挡板而无内冷管的情况，并Re大于100。得如下关联式：

对于罐内无挡板而有内冷盘管的情况，则物料对罐壁的表面传热系数关联式为：

当除去内冷管时，则须将上式的系数由0.51改成0.54。产生这6%的差别是由于内冷盘管的遮蔽效应。

永田也得出在Re>200，2上式中包含了叶轮的多个几何参数，如叶径6、罐径D、叶轮离罐底度c、叶片倾角、叶片数孔。和液高等，大大拓宽了公式的适用范围。

20世纪70年代，日本的佐野雄二等对于桨式、涡轮式叶轮在湍流域的场合，进一步建立了罐内液体的单位质量搅拌功率ε与液体对罐壁和内玲管壁的表面传热系数的联系，得到了适用性广、且形式更简单的关联式：

式中，为被搅液对夹套的表面传热系数．W/(㎡.K)；c为被搅液对内冷管壁的表面传热系数．W／(㎡.K)；dc为内冷管外径．m；ε为单位质量被搅液消耗的搅拌功率，W/kg；v为被搅液运动黏度.㎡/s。

式(5- 17)计算物件时须以流体的本体温度和壁温的算术平均值作定性温度。