筒式搅拌器开发及性能研究

介绍了筒式搅拌器的结构、设计原理及性能测试研究结果.筒式搅拌器在结构上主要由简体和内弯叶片组成.搅拌时使介质同时产生强大的径向流和轴向流.从理论上分析了液体质点在筒式搅拌器翅片内的运动规律.简式搅拌叶轮的各部位尺寸设计取决于液体性质,混合要求、容器直径和转速等因素.测试采用德国IKAEUROSTAR power con...     

筒式搅拌器及其开发

介绍了实用新型专利——筒式搅拌器的结构和设计原理。筒式搅拌器主要有筒体和内弯叶片组成,搅拌时能同时产生强大的径向流和轴向流,具有较大的排液量和循环流量,混合效果极强。筒式搅拌叶轮的各尺寸设计取决于液体性质、混合要求、容器直径和转速等因素。     

搅拌槽中高粘流体的速度分布

本文使用示踪粒子照相法对双螺带、框-螺带-锚、交叉桨式和MIG-锚搅拌器,测定了搅拌槽中高粘流体的流型和速度分布,用单个悬浮粒子测定了循环时问。结果表明在槽水平断面上,流体主要是切向流动,径向流动很弱,轴向循环流量系数N_q的大小显著地依赖于轴向泵送流体的叶片面积的大小。双螺带搅拌器的轴向流动速度和循环流量系数大于其它三种搅拌器。框-螺带-锚搅拌器的切向速度最大,而轴向速度很小,全槽范围的上下循环流动很弱。交叉桨叶的轴向速度在某些径向位置接近于零。本文结合速度分布讨论了高粘流体的混合机理和搅拌器结构对混合速度的影响。搅拌槽中流体的流型和速度分布信息对解析槽中流体的温度和浓度分布是非常重要的。一只高混合效率搅拌器,应该具有较强的剪切性能和良好的轴向循环性能。以往有关搅拌槽中流体力学的研究绝大多数是针对搅拌功率消耗、混合和循环时间,而流型和速度分布的研究只有少量报道。本文研究了四种搅拌器的流型和速度分布,结合早先的研究结果,评价了它们的剪切、混合和循环性能以及搅拌器结构的合理性,并为化工生产中选择和改进搅拌器提供依据。     

文摘

新型混合机 (英)《C.E.P.》85(1989)11 P94 这种混合机设有行星搅拌桨叶和分散桨叶,能对多条不同加工流水线的产出物料进行搅拌混合,适应加工过程的变化要求。行星搅拌桨围混合罐运行,方向与分散桨相对。该混合机与大多数锚式搅拌器不同,它在进行搅拌混合作业时不依赖混合物料的自然流动特性,具有混合周期时间短,混合均匀等特点。     

行星轮式搅拌器及其性能分析

介绍了行星轮式搅拌器的结构特征和工作原理,并且应用fluent软件模拟其流场。对锚式、推进式及行星轮式3种搅拌器的功率准数和相对混合效率数进行了对比分析。结果表明,在相同的工作条件下,行星轮式搅拌器的功率准数与锚式、推进式搅拌器的基本相等,而行星轮式搅拌器的相对搅拌混合效率远大于锚式和推进式搅拌器的。     

翼形轴流桨用于液液分散的冷模研究

翼形桨是新一代高效轴向流叶轮。本文将这类叶轮用于液液分散的冷模试验，测定了基本流型及其造成的液滴大小分布，研究了分散特性与搅拌功率的关系，并与传统叶轮比较了搅拌混合的综合性能。     

液—气—固三相在机械搅拌下形成混合体系的流体力学

本文讨论了在设置搅拌的混合釜中能形成液－气－固三相混合体系扩散的流体力学条件。根据Rushton型搅拌器和折叶式涡轮搅拌器的实验结果,介绍了液－气－固三相扩散而形成混合体系的机理,比较了两者产生径向和轴向液体流动形式的殊异性,并评价它们在液－气－固三相混合体系中的作用。     

底入式搅拌器流场的影响因素研究

通过对硫铵结晶底入式搅拌器流场的CFD数值模拟,分析了搅拌转速、搅拌桨半径对高效轴流式搅拌器流场的影响。研究表明,搅拌转速对搅拌釜内流场的分布形式影响较小,随着转速的增加,流量和功率随之增加,近似呈线性规律分布,搅拌器内流体具有较好的循环性能;随着搅拌半径的增大,搅拌器内速度分布逐渐均匀,搅拌桨对流体的剪切性能较好。     

行星轮式搅拌器搅拌特性分析

介绍行星轮式搅拌器的结构与工作方式。采用计算流体力学对比分析了行星轮式和普通式搅拌器的流场速度,结果表明:行星轮式搅拌器比普通式搅拌器的搅动范围更广,形成的循环可涉及到整个搅拌釜,且搅动更均匀无死角。使用Adams软件分别对三行星轮、二行星轮的三叶片式和二叶片式搅拌器进行模拟分析,剖析了叶片的运动轨迹,结果表明:三行星轮三叶片式的叶片偏置角为40°时,覆盖度为95.7%;三行星轮二叶片式的叶片偏置角为60°时,覆盖度为85.0%;二行星轮三叶片式的叶片偏置角为60°时,覆盖度为60.0%;二行星轮二叶片式的叶片偏置角为90°时,覆盖度为53.0%;四者中,三行星轮三叶片式搅拌器的搅拌效果更优。     

新型大双叶片搅拌器功率与混合特性的数值模拟

针对过程工业体系特性复杂多变的特点,开发了新型大双叶片宽适应性搅拌器,并建立了描述其流动、混合过程的综合数学模型,模拟分析了搅拌釜内的功率特性、流场特性和混合特性。模拟结果表明:新型大双叶片搅拌器所形成流场中存在着上部叶片区域循环流、下部叶片区域循环流以及纵贯全釜的整体循环流;随体系黏度增加,新型大双叶片搅拌器所产生流场的轴向速度、径向速度和切向速度均波动趋缓,且仍保持良好的功率与混合特性,对流态和黏度具有宽适应性;对新型大双叶片搅拌器而言,近液面加料方式不利于整体混合,适宜的加料点应在上下叶片之间,以缩短混合时间;在消耗相同单位体积功率的前提下,新型大双叶片搅拌器较同尺寸规格的FZ搅拌器的混合效率更高,具有高效节能的竞争优势。模拟结果对改进和优化新型大双叶片搅拌器的结构与运行具有参考价值。     

组合桨聚合釜内非牛顿流体的混合特性

在φ476mm的椭圆底有机玻璃聚合釜中,以羧甲基纤维素-甘油水溶液(前者质量分数为1.3％)为实验物系。利用酸碱中和法测定了9种不同的搅拌桨直径与聚合釜直径比接近于1的组合搅拌桨沿聚合釜轴向及径向的混合特性。结果表明：内外螺带-锚式组合桨的轴向混合最强,但径向混合较差。框板式搅拌桨的轴向混合较内外螺带-锚式组合桨弱,但比改进偏框式桨强,其径向混合较后者弱。改进偏框桨的7种不同组合方式沿径向的混合良好,多数组合桨沿轴向的混合较前2种组合桨弱,更接近于平推流。     

宽黏度域轴流桨及在非牛顿流体中功率特性的实验研究

根据某反应的特定工艺过程要求,提出了一种适合宽黏度域的高效轴流式搅拌桨--SP304型轴流式搅拌桨,该桨叶片呈空间扭转状,且具有曲率,可减少流体阻力,提高排出性能.并设计了一套实验装置对这种高效轴流桨在非牛顿流体中的功率特性进行研究,得到了功率常数K_p、Metzner常数k_s和功率特性曲线,为工业化装置的设计提供实验数据.通过观察实验中不同浓度、不同转速下的流体流动细节,可以获得整个流动场的概念,对搅拌桨离低高度、桨间距等参数设计具有重要的指导意义.根据实验结果对此高效轴流搅拌桨成功地进行了工业应用.     

搅拌槽中酯化反应热失控的CFD模拟

热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中,桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热,进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应,采用计算流体力学模拟研究了桨型(Rushton桨、30o PBT桨及60o PBT桨)、转动方向和挡板对釜式反应器内温度演化的影响,从流动结构方面分析了原因。基于散度的失控判据比较了三种搅拌桨抑制热失控的能力,抑制能力为Rushton桨＞30° PBTD桨＞60° PBTD桨。本研究可为搅拌反应器热失控的优化设计提供一定的理论依据。     

组合螺带桨搅拌槽内粉体的混合性能

在直径0.48 m的立式搅拌槽内研究了4种组合式螺带搅拌桨的粉体混合性能,考察了搅拌转速、粉体物料装填高度和搅拌桨型对粉体混合性能的影响,分析了径向与轴向上的粉体混合情况. 结果表明,搅拌转速是影响粉体混合的重要因素,增加搅拌转速能明显缩短混合时间,转速44.0 r/min时的混合因子π3比转速8.7及26.5 r/min时下降50%及30%以上;在搅拌桨内部附加较小的内桨使功率略有增加,但可显著缩短混合时间,转速44.0 r/min时能使π3下降50%,提高混合效率.     

Study on the flow characteristics and mixing performance of multi-blade combined agitator

Developing an agitator suitable for wide viscosity range is of great significance to the energy saving and efficiency improvement by the intensification of fluid flow and mixing process. The power characteristics, flow field distribution, turbulence characteristics and mixing performance of multi-blade combined (MBC) agitator under laminar to turbulent flow state were studied experimentally and numerically at the level of large eddy simulation. The predicted power curve is consistent with the experimental results. Tangential flow is the main flow in laminar flow. With the increase of Reynolds number (Re), axial and radial flows in the vessel gradually increase. When Re reaches 486, the velocity field distribution is basically the same as that in the turbulent flow. At the same energy consumption level, MBC agitator is superior to the commercial Maxblend agitator in mixing high viscosity fluid. The intensification of axial and radial flows is due to the dispersed arrangement of the blades, enabling the MBC agitator to achieve larger axial and radial flows from the transitional flow to the turbulence state. Moreover, the turbulent kinetic energy is evenly distributed and the mixing process is significantly accelerated.     

多叶片组合式搅拌桨釜内流动特性和混合性能研究

开发可适用于较宽黏度范围的搅拌桨,强化釜内的流体流动和混合过程对于搅拌釜的节能增效具有重要的意义。实验与数值模拟相结合,在大涡模拟层面研究了多叶片组合式搅拌桨(MBC桨)从层流到湍流状态下,釜内的功率特性、流场分布、湍流特性和混合性能。结果表明:预测的功率曲线与实验结果一致;层流状态下釜内以切向流动为主,随着Reynolds数(Re)的增大,釜内轴向和径向流动逐渐增强,当Re达到486时,速度场分布与湍流状态下基本一致;在相同的能耗水平下,MBC桨对高黏度流体的混合性能优于商业Maxblend桨。桨叶的分散组合布置,强化了釜内的轴向和径向流动,使得MBC搅拌桨在从过渡流到湍流状态下均可实现较大的轴径向流动,湍动能分布较为均匀,混合过程显著加快。     

新型搪玻璃搅拌桨搅拌特性数值模拟及实验研究

采用CFD方法模拟了具有相同桨径、不同桨叶折角和叶宽结构的6种新型搪玻璃搅拌桨的搅拌特性。考察了挡板、桨叶离底高度对釜内流场的影响,基于此分析了桨叶折角、叶宽对速度分布的影响。对模拟得到的搅拌功率和混合时间进行了实验验证,并与传统搪玻璃桨式搅拌器进行比较。结果表明：①新型桨叶在加挡板且桨叶离底高度为450 mm时,搅拌效果最佳;②随桨叶折角、叶宽的增大,桨叶区轴向、径向和切向速度均呈增大趋势,当桨叶折角为45°、叶宽为95 mm时,釜内混合效果最好;③随转速增大,搅拌功率呈增大趋势,混合时间呈减小趋势,新型桨明显比传统桨混合性能好,桨叶折角为30°、叶宽95 mm时功率消耗最低,桨叶折角为35°、叶宽95 mm时混合时间最短。     

Experimental and computational fluid dynamic (CFD) studies on mixing characteristics of a modified helical ribbon impeller

Experimental and computational fluid dynamic (CFD) modeling studies have been performed on mixing characteristics of a new modified helical ribbon impeller in a viscous medium. A novel arrangement for the multiple reference frame (MRF) technique was proposed and the modeling results were compared with those of conventional MRF selecting method. Calculations were performed to study the effects of several parameters: axial flow number, axial circulation time, impeller clearance, and power consumption. The higher performance of the modified impeller has been proven in terms of axial flow number and axial circulation time. The results showed that significant improvement in mixing performance can be obtained at a higher impeller clearance with the modified impeller employed. In addition, the power consumption by the new impeller has been compared with that of the classic one. The CFD-predicted flow patterns generated by the impellers were used to explain the higher performance of the modified impeller. In addition, the results reveal that the CFD-predicted particle volume fractions at various axial distances from the tank bottom are reasonably in agreement with the experimental observations.