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高黏度液體混合操作通常都處于層流狀態(tài),其對應的黏度范圍為1~1000Pa.s。高黏度液體在層流下操作,沒有明顯湍動,流體離開攪拌器后,其能量很快耗散,因此不能通過流體的翻騰來造成容積循環(huán),往往采用直接大面積推動流體使之達到混合,襯膠攪拌器,常用的攪拌器有錨式、框式、螺帶式、螺桿式等。錨式攪拌器結構簡單應用,應用廣泛,由于缺乏軸向循環(huán)流動,混合效率較低。當攪拌雷諾數(shù)大于50時,產(chǎn)生的兩次循環(huán)流可改善混合特性。由于錨式攪拌器的形狀與攪拌釜匹配,因此它的葉片掃過釜壁時,可促進物料與釜壁的熱交換,并可減薄粘壁物,改善混合性能。

機械攪拌器中非依時性非牛頓流體

非依時性非牛頓流體是機械攪拌器中的常見流體,屬于非牛頓流體中的一種。

符合上面公式的流體稱之為純黏性非牛頓流體,或廣義牛頓流體,即流體在任何處的切應變速率都是切應力的函數(shù)。根據(jù)函數(shù)f(r)形式的不同,這種流體習慣上又可細分成三種類型:賓漢塑性流體、假塑性流體和脹塑性流體。

(1)賓漢塑性流體,在賓漢塑性流體的流動曲線上存在一個屈服應力,在屈服之前,它呈現(xiàn)固體行為。一般認為賓漢塑的現(xiàn)象產(chǎn)生于材料的一種三維剛性,這種剛性結構具有內(nèi)在應力。當材料承受的應力小于屈服應力時,這種三維結構不足以被破壞,故不產(chǎn)生流動。但是當外部施加的應力大于屈服應力時,這種三維剛性就被破壞,呈現(xiàn)牛頓流動行為。

機械攪拌器中呈現(xiàn)賓漢塑的常見流體有污水泥漿、油脂、油漆、牙膏、淤泥、蛋黃醬、含有固體顆粒的白堊等;許多濃懸浮液也有屈服值,如將大量二氧化鈦、碳酸鈣、氧化鐵等微粉混合入水中也可得賓漢塑性流體。

(2)假塑性流體,假塑性流體沒有屈服應力,遼源攪拌器,其流變行為的主要特征是黏度隨切應力的增加而下降。這類流體通??梢杂妹苈煞匠堂枋觯ù藭r,又可稱為密律流體)。

在攪拌與混合技術中,研究得多的非牛頓流體是假塑性流體,具有這種流變行為的流體廣泛存在于機械攪拌器中,有聚合物、聚合物溶液、懸浮液、高分子溶液以及羧纖維素的水溶液等。

(3)脹塑性流體,脹塑性流體的行為類似于假塑性流體,也沒有屈服應力。但是脹塑性流體的黏度隨切應變速率的增加而增加。許多高濃度的固體懸浮液具有這種流動行為。當這種懸浮液處于靜止時,固體間的孔隙,液體的量由這些小孔隙的空間決定;在低切應變速率下,這些液體起著潤滑劑的作用,因此呈現(xiàn)的應力也小;隨著切應變速率的增加,液體不足以潤滑結構之間的相互作用,不銹鋼攪拌器,應力急劇增加,所以呈現(xiàn)的黏度隨切應變速率的增加而增加。

我們先來看看刮壁式攪拌釜結構。

說到刮壁式攪拌釜結構,我想起來今年年初的一個化工攪拌器的設計,攪拌釜為日本生產(chǎn)順丁橡膠的C&R式反應器,采用螺帶-導流筒式攪拌器,設有三重刮壁機構,脫硫攪拌器,即在導流筒內(nèi)壁面、導流筒外壁面和攪拌器的內(nèi)壁面都裝有刮壁機構,使流體在導流筒內(nèi)部產(chǎn)生很強的循環(huán)。當然,那種設計并不是,也可將化工攪拌器由螺帶式攪拌器換成螺桿式攪拌器,以強制流體在導流筒內(nèi)、外進行循環(huán)。

對于刮壁式攪拌釜來說,刮板的形狀與攪拌功率和傳熱效率之間有直接關系。當攪拌釜需要通過夾套撤除聚合熱時,理想的刮壁作用是刮板將其刀口前面貼近傳熱壁面的冷流體刮起,并與攪拌釜中部的熱流體均勻混合。我們曾設計并研究了多種形狀刮板的傳熱效果如下圖所示。研究結果表明,B結構的傳熱效率好。

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