試析化工設備中攪拌器的設計問題

程渝

摘 要：從攪拌器的性能和分類入手，分析了攪拌器的設計流程和具體的結構設計方案，旨在為今后化工產業的進一步發展提供參考。

關鍵詞：化工設備；攪拌器；結構設計方案；設計流程

中圖分類號：TQ051.7+2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.132

攪拌器的運用情況影響著工業生產，特別是在化學工業方面尤為重要，可謂應用廣泛、歷史悠久。但是，就目前情況而言，對攪拌器設計的研究明顯不足，而且也不夠重視。攪拌器的種類復雜多樣，攪拌物料與攪拌目的也各不相同，因此，如何更好地設計與選擇攪拌器仍然是目前化工產業需要認真考慮的一個重要問題。

1 攪拌器的性能

由傳動裝備、聯軸器、機架、攪拌軸和軸封等部分構成的攪拌器是利用旋轉的攪拌槳葉將機械能輸入釜內流體，以保證流體獲得合適的流動場的機械裝置。

一般情況下，攪拌器會依靠葉輪的運動產生攪拌過程所需的能量和合適的流動狀，以保證攪拌過程最終完成為直接目的，因此，葉輪的形狀、大小、數量和轉速等都會影響攪拌器的功能。此外，影響攪拌器功能發揮的還有攪拌介質的物性、攪拌器在罐內的裝置位置和攪拌罐的形狀、大小、物料出入方式等。這些因素都會在不同程度上影響攪拌器功能的形成。此外，攪拌器功率與作業功率相等的情況有利于攪拌器功能的發揮。

2 攪拌器的分類

由于各類攪拌器的結構和性能有差別，其種類的選擇需要基于不同的化工生產情況分別匹配。常見攪拌器有以下幾種，具體如圖1所示。

以剪切力為主的槳式攪拌器分為平直葉和折葉型2種。這類攪拌器屬于大型低速設備，其結構和加工都比較簡單，通常適用于混合低中等黏度物料或可溶固體等場合，可促進傳熱。由于制造和更換便捷，槳式攪拌器被廣泛應用于有防腐蝕和金屬污染需求的化工生產中。渦輪式攪拌器主要有開啟渦輪式和圓盤渦輪式2類，其形式多樣，每類可再分為平直葉、折葉、后彎葉3種。其結構與槳式攪拌器相似，只是在葉片數量上有差別。這類攪拌器同樣適用于低中等黏度物料，常應用于氣體與液體混合或液體互相混合的場合。葉片形似輪船之螺旋槳的推進式攪拌器又被稱為“旋槳式攪拌器”，因其在運轉過程中能產生較大的軸向循環流量，宏觀混合效果相對較好，所以，多被運用于以宏觀混合為目的的場合中。相互聯系的錨式攪拌器和框式攪拌器都為低速攪拌器，使用范圍比較窄，只適用于高黏度物料的攪拌，通常被用于精細化工產品的生產過程中。適用于高黏度料液（μ<105 cP）混合的螺帶式攪拌器的運行機理是，在攪拌軸上固定一定螺距的螺旋形鋼帶，以保證螺帶外緣接近釜壁。在攪拌過程中，物料能夠沿釜壁上升，并沿軸下降。

3 攪拌器的設計問題

攪拌作業的目的是決定攪拌器設計造型的關鍵因素，攪拌器形式多樣。對于不同的攪拌過程，需要根據其作業目的和需求設計選擇不同的攪拌器，以保證其運行的順利進行。在攪拌器型式、電動機功率、攪拌轉速，減速機、機架等性能和部件的選擇上，要遵循“目的決定”原則。在具體操作的過程中，化工設備中攪拌器的設計流程為：確定攪拌工況與條件、選擇攪拌器型式、設定葉輪尺寸與轉速、計算攪拌功率、最終攪拌裝置的機械設計。

在選擇攪拌器樣式時，需要綜合考慮攪拌的需求和目的，按照規范的工藝條件，在充分掌握攪拌器的動力特性、攪拌過程中會產生的流態和各種與攪拌相關的因素、關系的前提下選擇。

在掌握了攪拌工況、選定了攪拌器型式后，需要通過計算獲得電動機功率，再運用實驗手段和計算機模擬設計技術確定攪拌的速度、攪拌器的直徑等物理特質，使攪拌混合時間、物料分散度和沉降速度在可控范圍內。

在選擇減速機時，如果以實際工作扭矩為參照，則要注意其扭矩必須小于減速機允許使用的扭矩，并且之后攪拌軸系支承方式的選擇與機架、聯軸器的規格限定都要以減速機的輸出軸頭為基準。

此外，軸封型式的選定要在綜合考量了機架攪拌軸頭尺寸、可容納空間、工作壓力和溫度的情況下再確定組裝。最后，攪拌軸結構型式的設計選擇需依照安裝形式和結構的要求進行，并要注意其強度與剛度的校驗。在此過程中要注意的是，攪拌器的設計與制造應按照《石油化工攪拌器工程技術規定》（SH/T 3150—2007）的要求，保證其使用壽命為20年以上，并且預期不間斷連續操作至少2年。

4 結束語

綜上所述，攪拌器設計與選擇的合理性不僅關系著化學反應的轉換、能量的消耗，還在很大程度上決定著產量，其方方面面都影響著工業生產。同時，攪拌器的設計與選擇又離不開對其性能和分類的了解。因此，化工產業應根據攪拌目的設計并選擇攪拌器，在設計過程中，要執行規范的設計流程。只有夯實好攪拌器這一基礎設備的設計工作，才能進一步推動化工產業的發展。

參考文獻

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[2]孫昊，孫波.幾種常用型形攪拌器扭矩與攪拌速率線性關系的研究[J].江西化工，2014（1）：147-152.

〔編輯：白潔〕