新型内外组合搅拌桨

1.2 新型双螺杆锚式桨

在目前的工业化生产中，高粘度非牛顿流体的搅拌混合越来越普遍，由于其粘滞性较高，在搅拌混合过程中，对静止的搅拌槽壁面产生较大的“依附”作用; 并且其分子扩散速率比较小，仅仅依靠流体质点之间的相互作用力很难带动全槽流体进行运动，严重影响了其搅拌效果。根据高粘度流体的特点，使得应用到其搅拌过程中的搅拌桨应具有以下性能: 一方面搅拌桨直径要与搅拌槽直径大小接近，这样才能将粘附在搅拌槽壁面处的流体不断地刮下来; 另一方具有较大的径向和轴向推动能力，使流体在全槽范围内循环流动，这对搅拌效率的高低有重要影响。秦青[3]等根据高粘性流体混合机理，设计出一种新型双螺杆锚式搅拌桨，如图4所示，在原锚式桨基础上进行改型，将锚式搅拌桨两端扁平桨叶改为圆柱形，因为圆柱形结构更加符合流体力学特征，可以减小流体在搅拌过程中所受到的阻力。在圆柱形桨叶外部增装螺旋带，螺旋带逆时针自两端圆柱形锚式桨桨叶的底端旋转到达搅拌桨的上端，螺旋带的这种空间旋转结构有利于流体的轴向流动，并且使待混合流体的轴向速度沿轴线分布均匀，实现了流体在整个搅拌槽内流场分布的优化。新型搅拌桨在一定程度上改变了流体的流动方向，加强了轴向和径向流动，说明这种搅拌桨对提高剪切作用和向全槽范围内进行推动的循环作用有较大的促进作用。

双螺杆锚式桨二维图

1.3 高效节能型轴流式搅拌桨

近年来,随着设备的大型化以及新材料源源不断的出现，开发出了许多新型高效节能型搅拌器,王平玲[4]等根据轴流式搅拌的轴流性能好、低剪切量、低能耗及低成本的要求，设计了具有扭弯叶片的新型轴流式搅拌桨。它是一种空间扭曲板材型桨叶,桨径比小于0.5,导边与桨梢和轴心的连线夹角小于10°,迎液导边光滑,从叶片端部看,它是由许多相似的拱组成,与所处半径有关,且具有合理的叶片倾角、拱度及叶片宽度,设计时考虑了桨叶背面的曲面形状对流场的影响,减低了桨叶尾部的流体脱附,大大降低了能耗。适用于中低粘度介质的液-液、

液-固反应及传热、搅拌工艺。

搅拌桨通过传动轴的转动与流体直接接触,并将能量传递给流体,从而形成合适的流场。因此,叶片的曲面形状及叶片的几何尺寸参数对形成合理的流场、降低搅拌功率效果起着关键的作用。其曲面设计的理论依据如下:

(1)新型高效轴流式桨应具有良好的轴流性能,即轴向分速度较大、传送距离远,且沿半径方向速度分布均匀、速度梯度小,整个釜内流动状态最终能形成如图5所示的流动状态。

(2)新型高效轴流式搅拌桨应具有良好的节能性能,即低扭矩、低阻力。从而使得功耗减少。为此,要求桨叶随半径增大其叶片倾角减小的同时,叶片宽度也逐渐减小。

(3)考虑桨叶背面曲面形状对流场的影响,叶片外凸的拱应是一个曲面,这样,可减低了桨叶尾部的流体脱附,从而可以降低能耗。

                   图5 轴流式桨的理想流动状态

通过功率实验，验证了在相同的操作条件下,新型轴流式搅拌桨比同尺寸的三折叶搅拌桨至少可节约20%～30%的功率。并且其制造方便、成本低,易于大型化,既可以在新投产的搅拌装置上使用,也适用于现有搅拌装置在技术改造中推广使用。

此外Gayar[5]等对搅拌釜反应器中叶轮转速与连续的叶轮之间的距离对液体质量传递的速率的影响进行了研究，得出叶轮在传质率方面几乎没有影响。Nataša Lj. Lukić[6]等研发了一种新型内部自我检测搅拌叶轮，在立管部分插入一个外部循环空运反应堆强化传质率，得出通过增加体积传质系数较小的表面气体速度大大改善反应器特性82%，有效粘度在提高定义级叶轮的影响体积传质系数上发挥了关键作用。