新型攪拌槽固液懸浮特性的實驗研究

馮榮榮

摘 要 攪拌槽在石油、化工、制藥等過程中有著非常廣泛的應用。傳統型式的攪拌槽是通過槽內四塊擋板來實現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數螺旋線導流板來實現懸浮。新型攪拌槽的顯著特點是低剪切高傳質，因此，深入研究并充分認識其混合優點，可以為工業設計及應用提供理論基礎。

關鍵詞 新型攪拌槽 固液 懸浮

中圖分類號：TQ051.7文獻標識碼：A

1混合機理

新型攪拌槽底部有對數螺旋線導流板，它能夠起到導流的作用，而傳統的攪拌槽是利用槽內沿著圓周均勻分布的四塊垂直擋板來改變攪拌效果。對于新型攪拌槽攪拌效果進行實驗研究有利于充分了解其優點，以便于工業放大。

2實驗研究

實驗裝置如圖1所示。攪拌電機轉速采用逆變器進行無極調節，扭矩是通過JCO扭矩傳感器和P1100型轉矩測量儀測量，轉矩測量儀與計算機連接，自動進行數據采集。利用高速工業相機和片光激光器獲取攪拌槽內的固液兩相的速度場信息。實驗介質選用不同固體含率的石英砂和清水。

2.1臨界轉速

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，從而便于固體顆粒的溶解或結晶，或者作為催化劑參與反應中。而在制造化妝品和涂料時，不僅要求固體顆粒完全離底懸浮，還要求能夠達到均勻懸浮。通常，我們將固體顆粒達到完全離底懸浮時的最低轉速稱為臨界轉速Njs。

此次實驗中，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速Njs。

由圖2可知：臨界轉速隨著固體顆粒直徑的變大而變高，粒徑的大小對臨界轉速的影響是比較大的，因為隨著粒徑的增大，會使得顆粒濃度分布質量降低，而且對于同種物質的顆粒，粒徑變大勢必會導致顆粒的質量增大，因此使得顆粒的沉降速度變快，在懸浮過程中需要的力就會增大，因此對應的臨界懸浮轉速也會變高。

新型攪拌槽所研究的固含率，僅僅是在0-15%的范圍內，對于高固含率，由于固體顆粒含量太高，會淹沒攪拌槽底部的導流板，不能使其充分發揮導流作用，此時臨界轉速將會非常高，甚至要比標準攪拌槽的還要高，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表示傳統攪拌槽和新型攪拌槽的轉速對攪拌功率的影響曲線圖。由圖中可以看出：隨著轉速的增加，傳統攪拌槽的功率變化近似成指數增加，功率曲線上升過程中無明顯的轉折點。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速下，新型攪拌槽的攪拌功率遠遠低于傳統攪拌槽。這也說明了新型攪拌槽具有節能省功的優點。

3實驗結論

在同種型式的攪拌槽下，臨界轉速與固體顆粒的直徑、固含率有關系。由于新型攪拌槽底部導流板的作用，使得流體形成一股定向的向心流動，臨界懸浮轉速與傳統攪拌槽相比較低。在清水狀態下對傳統攪拌槽和新型攪拌槽進行攪拌功率的測量，結果得出新型攪拌槽消耗的功率遠遠小于標準攪拌槽。