攪拌設備的工藝設計計算攪拌設備的工藝設計計算盧赤杰（河北省石油化工規劃設計院）摘要文中給出T-艟攪拌設備的工藝設計計算程序，介紹了常用備的謾計有一定的參考價值.及墨墮拳型，及箕工藝足寸的計算，凈功率的計算.井附有經驗參教與圖表.對于化工工藝謾計人員進行托拌設刖驀濃縮、加工系統化，并給出其一般設計程序，力圖使化工工藝人員在設計常用攪拌是化工生產中常見的單元操作之一攪拌設備時，能采用較簡便的方法及程序，快速地選擇攪拌器型式，正確地確定攪拌設備的工藝尺寸及需要的功率.一,通過攪拌可以加快兩種或兩種以上具有不同性質的物質相互問的分散速度，從而達到快速均勻混合的目的，因此攪拌設備在傳質及傳熱過程中有著廣泛的用途.攪拌過程是一個涉及流體力學傳、質、傳熱等多學科的復雜過程，至今對其理論研究還進行得很不夠，對于某一攪拌、攪拌裝置的分類（一）依據攪拌器結構型式的不同分類r平槳式——槳r平直葉過程，怎樣的攪拌裝置（型式及結構尺寸）是攝適宜的？至少需要多大的動力才能最經濟地完成這一過程？還不能作出完全、準確地回答.口前在設計中主要要解決的問題是盡可能選擇適宜的攪拌器型式及結構尺寸，并依據介質的選擇性及已確L折葉槳廣開啟渦輪式葉折葉嘏輪式后彎葉l錨式框式螺旋帶式齒輪圓盤式其它改型式r平直葉L后彎葉推進式L圃盤渦輪T斗折葉定的轉速來求取需要的功率.即使這樣.各種文獻“j”中報道的關于攪拌功率的計算式或圖表攪拌器型式的選擇依據、以及其它工藝尺寸的計算式，都很零碎、不系統，且不完全一致，這樣就給化工工藝設汁人員快速合理地確定攪拌型式、正確地計算攪拌功率，以致確定整個攪拌設盡管攪拌器的型式多種多樣，但最常用的有三種：平直葉槳式、平直葉圓盤渦備的」二藝尺寸都帶來很多不便.。本文結合前人總結的計算公式及圖表，進一步將之輪式和推進式，其主要參數與結構型式見表l表l常見攪拌器的結構型式及重要參數S/dj:IZ3n=IO0~5—rpm產生的作用主要為軸向流.循環速推最大可達進n。:I500rpm式V=3~l5m/s度高.剪切力小最大可選tV一：25m/s洼：喪1中特性參數一.來加注明的字母及代號的意義z――槳葉個數：n――每分轉速：V——槳葉端點線進度；S——螺距。21一對于帶壓操作過程，攪拌槽型式常選（二）依據攪拌器在槽中安裝形擇橢筒形封頭或90。折邊焊接橢圓蓋的攪式的不同分類閉廣立式容器中心攪拌I拌I卜立式容器偏心攪拌拌槽。般情況下，攪拌槽多為開蓋式，這樣攪拌裝置的安裝檢修及槽內其它作業都比較方便，但具體某一過程的攪拌槽做成一lj器安『卜斗可卜固定變角度傾斜攪拌I裝1}_旁人攪拌I形I卜底攪拌L臥式容器的攪拌各種安裝形式都有其獨特的效果，最常見的為立式容器的中心攪拌。它具有結構簡單、運行平穩等優點，本文討論的主要內容為此類攪拌沒備的問題。開蓋或焊接型式，可視具體情況而定.如果攪拌槽的容積比較小（V2.5m）,為了滿足攪拌裝置的安裝檢修或槽內的清理、防腐及其它要求，應設置開蓋型。相反，攪拌槽很大，已設置了攪拌器的安裝檢修孔及槽內其它作業孔.即使制成蓋型，蓋的重量太大，操作亦很不易，這種情況下，應采用焊接蓋的型式。常用攪拌槽的選型可參見表2.二、常用攪拌槽型式的選擇及其主要結構尺寸的確定（一）攪拌槽客積的確定攪拌槽全容積的確定，主要依據公稱（三）攪拌槽直徑與高度的確定計算攪拌槽的直徑與高度.首先要確定攪拌槽的高徑比.這需要考慮三個方面的困1索.對：攪拌功率的影響；2.過程特容積（即操作時盛裝物料的容積）及該物質的裝填系數來進。,性對高徑比的要求：3.占地面積與空間的要求（對技改工程此條件很蕈要）.我們知道，槽徑與漿徑之間有一定的V’（1）式中v——攪拌槽的全容積m;V。——攪拌槽的公稱容積m;比例關系，攪拌槽眷積一定，高徑比太小，則槽徑增大，槳徑也應隨之增大，在固定轉速的情況下，攪拌功率與漿徑的5次方成正比“’,這樣，隨著槽徑漿徑的“――裝填系數，一般取O.6~085,對j易起泡或呈沸騰狀態的介質可取0.6~0.7;物料粘度較大，攪拌平穩的過程可取0.8~0.85。擴大，攪拌功率也將隨之增大。除此之外，【地面積也會隨之增大，設備過于粗矮，也不美觀。相反，高徑比過大，表面看起來攪拌功率是小了，其實不熱，由于液體深度的增加，單層攪拌器已經不能滿（二）攪拌槽的結構選型攪拌槽的結構式主要取決j:過程的作用、容積以及過程的其它工參數，如：』K力，溫度等足過程的要求，故還需增加攪拌層數，這樣功率非但沒有減少多少，反而增加了攪拌裝置的復雜程度，另外設備過于細高，要求空間高度大，也不年1J于操作與維修。對f常操怍過程，可采用甲底平蓋或9O。無折邊焊接下蓋的攪拌槽。22一在確定了全容積v及高徑比H/D后，就可以汁算簡體的直徑和高度。三、常用攪拌器的選擇、結構尺寸及安裝高度的確定迄今為止，怎樣正確地選擇某一攪拌過程所最適宜的攪拌型式，在很大程度上還取決于實驗與經驗，在缺乏實驗數據的對于平底攪拌機來說，筒體的直徑可由下式計算廠?D#(H/D1(2)情況F,可依據介質粘度及槽內介質的容并將計算結果進行圓整，即得簡體直徑a積來選擇攪拌型式，參見圖4及表4.簡體高度為IV:l(31,D一(6)(6)55000I:xDl立蓮輪式、,對于橢圓底或錐底的攪拌槽來說，由F圓柱簡體下的小部分容積不知道，為.▲7一l】/0z了便r汁算，在汁算簡體直徑時常忽略這部分容積，而仍采用(2)式計算。而圓整哪0P.(!0"計算結果時，盡量特D向下圓整.當得知D后，也就可以算出上述未知小體積的容積~這樣筒體高度為(41H二義D圖4攪拌型式與攪拌容量及介質粘度的關系平直葉渦輪式1推進式0.1~50一40010~300徑向流I?lO0~1500I軸向流在一般情況￡推進式攪拌器耗能最少，因此，若此系統中沒有特殊要求，最好選擇推進式。選擇產生軸向流強烈的攪拌裝置為宜.如：推進式、折葉槳式或折葉渦輪式，因為在消耗同等功率的情況下軸，向流攪拌器比輕向流攪拌器能造成更太的流體循環這量就，是說，要達到同樣的固體懸浮狀對r固體的懸浮過程，主要是對槽內液體的循環速度敏感，在一般情況_F，要24一態，采用軸向流攪拌器更經濟.在另一類;(5)分散攪拌操作中，如：氣體在液體中的分散吸收，及互不相溶的兩液相的分散混合式中轉速d廣一槳徑1/sm;操作，攪拌效果主要取決于攪拌裝置在流體中產生的剪切力的大小及其分布.在消耗同樣的功率時，徑向流裝置比軸向流裝p密度kg/m;kg/ms.粘度計算功率的公式、圖表很多，而且很繁瑣.將這些常用攪拌裝置功率的計算式及圖表進行歸納、擬合，使之成為多項式的形式（見表6）,這樣運用起來就比較方便。置能產生更強的流體剪切作用.如：平直葉槳式及平直葉渦輪式等.槳徑可參照下列參數確定：對』平直葉槳式攪拌器，其槳徑槽徑比（d;/D）一般為：di/D0,35~080根據雷諾準數值，即可查出計算凈攪拌功率的公式，帶人數值進行計算，即可得單層槳凈攪拌功率P的值,工藝專業確定電機功率可用下式=：對于平直ii｝八圓盤渦輪式’di/D。0,2~05P（以d./D=0.33居多）對于推進式dj/D==0.2~0.5式中――減速能動裝置的機械效率.將(6)式的計算結果，向上圓整到電機的功率系列即得電機的額定功率。(以do/D=033居多)其它參數的確定見表1日對f單層槳叫的攪拌器.其槳‘安裝高度見表。五、攪拌設備的設計程序一般情況下，攪拌設備的工藝設計計表5槳葉的安裝高度型式槳葉匝槽底高度H—‘備注算程序為：I.確定攪拌槽的全容積；2.根據介質性質、過程要求、攪拌槽檠式1~I.5dJI~1.5djI/3H常取HJ;d,常取HJ=d,H為槽高的全容積及其它外部條件.確定攪拌槽的結構尺寸：3依據過程的介質情況、工藝要求及攪拌槽的尺寸，確定攪拌器的型式、大小及安裝高度；4.計算攪拌裝置的凈功率所需電機的額定功率；鍋生e式推進式四、常用攪拌裝置功率的計算在計算功率之前，首先計算攪拌過程的雷諾準數5lr口］設備專業提出整體攪拌設備的條件表(條件表的內容，格式及條件的提法，本文不予表述，可參閱其它資料)。.▲25—表6幾種常用攪拌裝置的凈功率計算公式'式\。REW10攬拌氌式\、'名稱結構尺寸參數直Z矗2葉d_|/D0.67N36R一‘。一IOR。―i03N=(o.00003IR:0.0345R1Rt101Vll0_4—0,000002(.一10—0)3。p+3.942)。漿式‘p。pnb/d-0.Id:d:直葉Z=6圓盤d./D正O.33,渦d:L:b一20:5:489R—‘。N二(o00006R:一IV=