在上二篇幅介紹了攪拌設(shè)備的基本知識，結(jié)構(gòu)與應(yīng)用范圍，第二章還介了化工行業(yè)攪拌機(jī)的一些原理。還是老話江西益泰攪拌機(jī)械制造有限公司作為多年的攪拌機(jī)械生產(chǎn)商，多年來為各行業(yè)開發(fā)出百余種攪拌設(shè)備，隨著中國工業(yè)的發(fā)展需要，有些設(shè)備需要維修以及換代，為了更好的讓用戶全方面的對攪拌設(shè)備的了解，作為攪拌機(jī)械設(shè)備界的龍頭企業(yè)，益泰機(jī)械公司不惜人力財重新整理關(guān)于攪拌設(shè)備的文章，在此表示感謝，

三、 攪拌設(shè)備的國內(nèi)外現(xiàn)狀

1、攪拌設(shè)備工作目的與意義

化工反應(yīng)中攪拌器的目的是借助攪拌器的作用使化工生產(chǎn)中的液體充分混合，以滿足化學(xué)反應(yīng)能夠最大程度的進(jìn)行。該設(shè)備可以代替手動攪拌對人體有毒或?qū)ζつw有傷害的化工原料，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在化工生產(chǎn)應(yīng)用比較廣泛。本課題要求設(shè)計一個小型攪拌器，容積在500升左右，工作平穩(wěn)靈活，使用方便。本題目主要涉及化工生產(chǎn)中攪拌器的設(shè)備設(shè)計，主要解決的問題是化工生產(chǎn)中該設(shè)備的設(shè)計，包括：攪拌器的選擇、電動機(jī)及減速器的選型、支撐裝置的設(shè)計、軸的選擇及密封設(shè)置、攪拌容器的設(shè)計，并畫出相應(yīng)的設(shè)備圖。

2 、攪拌設(shè)備攪拌器的發(fā)展史及現(xiàn)狀攪拌混合設(shè)備是一種應(yīng)用廣泛、品種繁多的流體機(jī)械產(chǎn)品，適用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品和飼料等領(lǐng)域。攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(huán)節(jié)，它的原理涉及流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等多種過程，而攪拌器是為了使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流動場而向其輸入機(jī)械能量的裝置。因此攪拌器也叫做Mixer，或叫做Agitator,Stirrer。廣義的攪拌還包括將固體微粒分散懸浮在溶液里面或?qū)⑷芤鹤兂删鶆虻娜榛?，因此它包括分散器和均質(zhì)機(jī)。某些攪拌器能產(chǎn)生極大的剪切力，以獲得細(xì)化的粒子比膠體磨大10倍以上的亞微米懸浮體，因此，可用于制造色拉醬、美容乳之類的精細(xì)食品和化學(xué)品。石化工業(yè)常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應(yīng)釜、汽提釜等統(tǒng)稱為攪拌容器（Agitatored Vessels，或Stirred Vessels）。

近年來，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時，正面臨著滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時，正日趨大型化。益泰攪拌機(jī)械自20世紀(jì)初生產(chǎn)攪拌反應(yīng)釜以來已為聚氯乙烯、對苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產(chǎn)了攪拌反應(yīng)釜近4000臺，容器的最大容量達(dá)576m3 ，最大直徑達(dá)7620 mm，圓筒部分最大長度達(dá)44380 mm，設(shè)計壓力最大 28 MPa，設(shè)計溫度最高 530 ℃，電機(jī)最大功率達(dá) 1100 kW?；诠?jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動代替機(jī)械傳動。基于降低產(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備平均維修間隔時間的要求，大大提高了設(shè)備運行壽命。基于滿足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實現(xiàn)了CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌)，提高了自動化水平，避免了人與產(chǎn)品的接觸，減少了人工操作和待機(jī)時間，大大提高了產(chǎn)品的衛(wèi)生水平。

3 、攪拌器的主要類型及其發(fā)展概況

根據(jù)攪拌器的形狀可以分成直葉槳式、開啟渦輪式、推進(jìn)式、圓盤渦輪式、錨式、螺帶式、螺旋式等；根據(jù)不同液體的粘度可以分為低粘度液攪拌器、中高粘度液攪拌器。低粘度液攪拌器，如：三葉推進(jìn)式葉輪，折葉槳式 (2～4折葉)，6直葉渦輪式，超級混合葉輪式 (HR]O0，HV200)等 ；中高粘度液攪拌器如：錨式、螺桿葉輪式，雙螺旋螺帶葉輪型，超混臺攪拌器 (MR205，305)等。為了達(dá)到成品高精度、高品質(zhì)化要求，國外，特別是日本開發(fā)了新型的攪拌裝置 ，以滿足高粘度產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。如倒圓錐形螺帶翼式攪拌器、超混合攪拌器、高性能浮動攪拌槽、超振動α型攪拌器等。在對物料的攪拌操作中，人們希望實現(xiàn)多種攪拌目的，因此了解各種攪拌器的特點，選擇適宜的葉輪型式，設(shè)計出符合流動狀態(tài)特性的攪拌器是非常重要的。攪拌槽內(nèi)的液體進(jìn)行著三維流動，為了區(qū)分?jǐn)嚢铇~排液的流向特點，根據(jù)主要排液方向，按圓柱坐標(biāo)把典型槳葉分成徑向流葉輪和軸向流葉輪 。齒片式、平葉槳式、直葉圓盤渦輪式和彎曲葉渦輪式在無擋板攪拌槽中除了使液體產(chǎn)生與葉輪一起回轉(zhuǎn)的周向流外，還由于葉輪的離心力是液體沿葉片向槽壁射出，形成強(qiáng) 大有力的徑向流，故稱這些葉輪為徑向流葉輪。徑向流葉輪攪拌器旋轉(zhuǎn)時，將物料由軸向吸入再徑向排出，葉輪功率消耗大，攪拌速度較快，剪切力強(qiáng)。如圖1.1、圖1.2所示，是典型的徑向流葉輪型式。

圖1.1徑向流葉輪 圖1.2徑向流葉輪

在湍流狀態(tài)下，推進(jìn)式葉輪除了產(chǎn)生周向流動外，還產(chǎn)生大量軸向流動，是典型的軸向流葉輪。折葉渦輪式葉輪與直葉圓盤渦輪和彎曲葉渦輪式葉輪相比，軸向流成分較多，多用于軸向流的場合。螺帶式和螺桿式葉輪使高粘度物料產(chǎn)生軸向流動，也屬軸向流葉輪型式。軸向流葉輪攪拌器不存在分區(qū)循環(huán)，單位功率產(chǎn)生的流量大，剪切速率小且在槳葉附近較大范圍內(nèi)分布均勻，具有較強(qiáng)的最大防脫流能力。如圖1.3、圖 1.4所示，是典型的軸向流葉輪型式。

圖1.3軸向流葉輪 圖1.4軸向流葉輪

新型軸向流葉輪

在通常情況下，大量的攪拌設(shè)備用于低粘物系的混合和固一液懸浮操作，要求葉輪能以低的能耗提供高的軸向循環(huán)流量。由于傳統(tǒng)的推進(jìn)式葉輪葉片為復(fù)雜的立體曲面，雖能滿足要求，但制造卻很困難，亦不易大型化。因此競相開發(fā)節(jié)能高效 、造價低廉且易于大型化的第二代高效軸流攪拌器成為混合設(shè)備公司的目標(biāo)。美國萊寧公司開發(fā)了 A310和A315系列(如圖1.5，圖1.6所示)。

圖1.5 A310 圖1.6 A315

國內(nèi)如北京化工大學(xué)和華東理工大學(xué)等也分別開發(fā)了CBY軸流槳和翼型槳；中國石油化工學(xué)院的沈惠平教授等人還研制開發(fā)了一種新型高效易于加工的軸流式攪拌葉輪。它是一種空間扭曲板材型槳葉，從葉片端部看，它由許多相似的拱組成，與其所處半徑有關(guān)，且具有合理的葉片傾角、拱度及葉片寬度。

新型攪拌混合設(shè)備

近年來歐洲和Et本開發(fā)了很多種適用于高粘和超高粘物系的臥式自清潔攪拌設(shè)備。

瑞士臥式雙軸全相(AllPhase)型攪拌機(jī)就是典型的一例。如圖1.7所示。

圖1.7瑞士LIST公司全相型自清潔反應(yīng)器

圖1.8復(fù)合式攪拌器的結(jié)構(gòu)

另外，益泰攪拌機(jī)械針對在大直徑、低轉(zhuǎn)速、介質(zhì)較粘稠的場合，設(shè)計了一種復(fù)合式攪拌器，很好地解決了無法配備大功率的電機(jī)，存在制造、檢修 以及安裝的困難等問題。復(fù)合式攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖 1.8所示。

設(shè)備設(shè)計智能化的實現(xiàn)根據(jù)混合專家的經(jīng)驗和常識，將攪拌混合設(shè)備與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計中運用人工智能技術(shù)(AJ)和基于知識的系統(tǒng)(KBS)，即實現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計的智能化。如圖1.9所示，攪拌設(shè)備設(shè)計專家系統(tǒng)采用總設(shè)計任務(wù)控制各階段設(shè)計分任務(wù)，分任務(wù)調(diào)度相應(yīng)的設(shè)計知識和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)混合設(shè)備的專家系統(tǒng)設(shè)計的組織方法。通過仔細(xì)的分析、歸屬，用智能化設(shè)計系統(tǒng)原型階段性地實現(xiàn)混合設(shè)備的設(shè)計過程，可以把其表示為一系列的設(shè)計過程的鏈?zhǔn)叫蛄?。各階段相對獨立又相互連續(xù)，其中每一個設(shè)計階段都將設(shè)計結(jié)構(gòu)傳遞給后繼設(shè)計過程L6j。該系統(tǒng)從攪拌葉輪的選型、過程設(shè)計、機(jī)械設(shè)計和經(jīng)濟(jì)分析評價，到最終機(jī)械繪圖的全過程的都給出了智能化的計算機(jī)輔助設(shè)計。它可應(yīng)用于牛頓流體和非牛頓流體，液一液體系、固 一液體系和氣 一液體系，并且可以處理容積超過上百立方米的應(yīng)用體系。20世紀(jì)90年代以來，有關(guān)攪拌設(shè)備選型和設(shè)計的專家系統(tǒng)在國外已有少量報道。如 1994年美國 Chemineer公司報道了該公司有一個用于渦輪式攪拌設(shè)備設(shè)計的知識庫軟件 AgDesign，據(jù)稱該公司90％頂伸人攪拌器的設(shè)備均已用此軟件進(jìn)行設(shè)計。芬蘭的Lappeenranta工業(yè)大學(xué)在1994年發(fā)表了有關(guān)混合設(shè)備初步設(shè)計的知識庫系統(tǒng)的論文。在國內(nèi)，浙江大學(xué)也正與大型石化企業(yè)合作開發(fā)攪拌槽式反應(yīng)器的智能化輔助選型和設(shè)計軟件。

圖1.9 混合設(shè)計智能化設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)

4、 結(jié)語

攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(huán)節(jié)，攪拌混合設(shè)備在化學(xué)工業(yè)中擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)要求有更高更好的攪拌混合技術(shù)，因此必須改進(jìn)傳統(tǒng)攪拌裝置、研制新型混合設(shè)備；同時使用 LDV、PIV和 EPT等先進(jìn)量測技術(shù)，運用計算流體動力學(xué)知識，深入分析攪拌反應(yīng)器內(nèi)的流體流動機(jī)理和微觀混合，安全和優(yōu)化設(shè)計、提高過程效率性能和降低失敗風(fēng)險，并最終提高反應(yīng)產(chǎn)率。在這些現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的推動下，攪拌混合技術(shù)一定會向一個更新的階段發(fā)展。正如上所強(qiáng)調(diào)，攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(huán)節(jié)江西益泰攪拌機(jī)械制造有限公司提醒朋友們繼續(xù)關(guān)注后續(xù)篇章。