新型攪拌槽固液懸浮特性的實(shí)驗(yàn)研究

馮榮榮

摘 要 攪拌槽在石油、化工、制藥等過(guò)程中有著非常廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)型式的攪拌槽是通過(guò)槽內(nèi)四塊擋板來(lái)實(shí)現(xiàn)固體顆粒和液體的混合懸浮，而新型攪拌槽是利用底部的對(duì)數(shù)螺旋線導(dǎo)流板來(lái)實(shí)現(xiàn)懸浮。新型攪拌槽的顯著特點(diǎn)是低剪切高傳質(zhì)，因此，深入研究并充分認(rèn)識(shí)其混合優(yōu)點(diǎn)，可以為工業(yè)設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 新型攪拌槽 固液 懸浮

中圖分類號(hào)：TQ051.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1混合機(jī)理

新型攪拌槽底部有對(duì)數(shù)螺旋線導(dǎo)流板，它能夠起到導(dǎo)流的作用，而傳統(tǒng)的攪拌槽是利用槽內(nèi)沿著圓周均勻分布的四塊垂直擋板來(lái)改變攪拌效果。對(duì)于新型攪拌槽攪拌效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究有利于充分了解其優(yōu)點(diǎn)，以便于工業(yè)放大。

2實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速采用逆變器進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié)，扭矩是通過(guò)JCO扭矩傳感器和P1100型轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x測(cè)量，轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x與計(jì)算機(jī)連接，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。利用高速工業(yè)相機(jī)和片光激光器獲取攪拌槽內(nèi)的固液兩相的速度場(chǎng)信息。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)選用不同固體含率的石英砂和清水。

2.1臨界轉(zhuǎn)速

固液攪拌的主要目的是使所用固體顆粒完全離底懸浮起來(lái)，從而便于固體顆粒的溶解或結(jié)晶，或者作為催化劑參與反應(yīng)中。而在制造化妝品和涂料時(shí)，不僅要求固體顆粒完全離底懸浮，還要求能夠達(dá)到均勻懸浮。通常，我們將固體顆粒達(dá)到完全離底懸浮時(shí)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速Njs。

此次實(shí)驗(yàn)中，固體顆粒選用石英砂，顆粒直徑分別采用0.4mm、1.25mm和3mm三種。攪拌槳葉型式采用直徑為100mm的六直葉圓盤渦輪槳，槳葉安裝高度位于距離槽底225mm處，考察了三種不同顆粒直徑，在不同固含率情況下的臨界懸浮轉(zhuǎn)速Njs。

由圖2可知：臨界轉(zhuǎn)速隨著固體顆粒直徑的變大而變高，粒徑的大小對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響是比較大的，因?yàn)殡S著粒徑的增大，會(huì)使得顆粒濃度分布質(zhì)量降低，而且對(duì)于同種物質(zhì)的顆粒，粒徑變大勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致顆粒的質(zhì)量增大，因此使得顆粒的沉降速度變快，在懸浮過(guò)程中需要的力就會(huì)增大，因此對(duì)應(yīng)的臨界懸浮轉(zhuǎn)速也會(huì)變高。

新型攪拌槽所研究的固含率，僅僅是在0-15%的范圍內(nèi)，對(duì)于高固含率，由于固體顆粒含量太高，會(huì)淹沒(méi)攪拌槽底部的導(dǎo)流板，不能使其充分發(fā)揮導(dǎo)流作用，此時(shí)臨界轉(zhuǎn)速將會(huì)非常高，甚至要比標(biāo)準(zhǔn)攪拌槽的還要高，因此新型攪拌槽不適用于高固含率的操作。

2.2功率消耗

圖3表示傳統(tǒng)攪拌槽和新型攪拌槽的轉(zhuǎn)速對(duì)攪拌功率的影響曲線圖。由圖中可以看出：隨著轉(zhuǎn)速的增加，傳統(tǒng)攪拌槽的功率變化近似成指數(shù)增加，功率曲線上升過(guò)程中無(wú)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。而在新型攪拌槽中，其變化近似成直線型式增加。由圖中可以明顯觀察到在相同的攪拌轉(zhuǎn)速下，新型攪拌槽的攪拌功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)攪拌槽。這也說(shuō)明了新型攪拌槽具有節(jié)能省功的優(yōu)點(diǎn)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在同種型式的攪拌槽下，臨界轉(zhuǎn)速與固體顆粒的直徑、固含率有關(guān)系。由于新型攪拌槽底部導(dǎo)流板的作用，使得流體形成一股定向的向心流動(dòng)，臨界懸浮轉(zhuǎn)速與傳統(tǒng)攪拌槽相比較低。在清水狀態(tài)下對(duì)傳統(tǒng)攪拌槽和新型攪拌槽進(jìn)行攪拌功率的測(cè)量，結(jié)果得出新型攪拌槽消耗的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)攪拌槽。