试析化工设备中搅拌器的设计问题

程渝

摘 要：从搅拌器的性能和分类入手，分析了搅拌器的设计流程和具体的结构设计方案，旨在为今后化工产业的进一步发展提供参考。

关键词：化工设备；搅拌器；结构设计方案；设计流程

中图分类号：TQ051.7+2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.132

搅拌器的运用情况影响着工业生产，特别是在化学工业方面尤为重要，可谓应用广泛、历史悠久。但是，就目前情况而言，对搅拌器设计的研究明显不足，而且也不够重视。搅拌器的种类复杂多样，搅拌物料与搅拌目的也各不相同，因此，如何更好地设计与选择搅拌器仍然是目前化工产业需要认真考虑的一个重要问题。

1 搅拌器的性能

由传动装备、联轴器、机架、搅拌轴和轴封等部分构成的搅拌器是利用旋转的搅拌桨叶将机械能输入釜内流体，以保证流体获得合适的流动场的机械装置。

一般情况下，搅拌器会依靠叶轮的运动产生搅拌过程所需的能量和合适的流动状，以保证搅拌过程最终完成为直接目的，因此，叶轮的形状、大小、数量和转速等都会影响搅拌器的功能。此外，影响搅拌器功能发挥的还有搅拌介质的物性、搅拌器在罐内的装置位置和搅拌罐的形状、大小、物料出入方式等。这些因素都会在不同程度上影响搅拌器功能的形成。此外，搅拌器功率与作业功率相等的情况有利于搅拌器功能的发挥。

2 搅拌器的分类

由于各类搅拌器的结构和性能有差别，其种类的选择需要基于不同的化工生产情况分别匹配。常见搅拌器有以下几种，具体如图1所示。

以剪切力为主的桨式搅拌器分为平直叶和折叶型2种。这类搅拌器属于大型低速设备，其结构和加工都比较简单，通常适用于混合低中等黏度物料或可溶固体等场合，可促进传热。由于制造和更换便捷，桨式搅拌器被广泛应用于有防腐蚀和金属污染需求的化工生产中。涡轮式搅拌器主要有开启涡轮式和圆盘涡轮式2类，其形式多样，每类可再分为平直叶、折叶、后弯叶3种。其结构与桨式搅拌器相似，只是在叶片数量上有差别。这类搅拌器同样适用于低中等黏度物料，常应用于气体与液体混合或液体互相混合的场合。叶片形似轮船之螺旋桨的推进式搅拌器又被称为“旋桨式搅拌器”，因其在运转过程中能产生较大的轴向循环流量，宏观混合效果相对较好，所以，多被运用于以宏观混合为目的的场合中。相互联系的锚式搅拌器和框式搅拌器都为低速搅拌器，使用范围比较窄，只适用于高黏度物料的搅拌，通常被用于精细化工产品的生产过程中。适用于高黏度料液（μ<105 cP）混合的螺带式搅拌器的运行机理是，在搅拌轴上固定一定螺距的螺旋形钢带，以保证螺带外缘接近釜壁。在搅拌过程中，物料能够沿釜壁上升，并沿轴下降。

3 搅拌器的设计问题

搅拌作业的目的是决定搅拌器设计造型的关键因素，搅拌器形式多样。对于不同的搅拌过程，需要根据其作业目的和需求设计选择不同的搅拌器，以保证其运行的顺利进行。在搅拌器型式、电动机功率、搅拌转速，减速机、机架等性能和部件的选择上，要遵循“目的决定”原则。在具体操作的过程中，化工设备中搅拌器的设计流程为：确定搅拌工况与条件、选择搅拌器型式、设定叶轮尺寸与转速、计算搅拌功率、最终搅拌装置的机械设计。

在选择搅拌器样式时，需要综合考虑搅拌的需求和目的，按照规范的工艺条件，在充分掌握搅拌器的动力特性、搅拌过程中会产生的流态和各种与搅拌相关的因素、关系的前提下选择。

在掌握了搅拌工况、选定了搅拌器型式后，需要通过计算获得电动机功率，再运用实验手段和计算机模拟设计技术确定搅拌的速度、搅拌器的直径等物理特质，使搅拌混合时间、物料分散度和沉降速度在可控范围内。

在选择减速机时，如果以实际工作扭矩为参照，则要注意其扭矩必须小于减速机允许使用的扭矩，并且之后搅拌轴系支承方式的选择与机架、联轴器的规格限定都要以减速机的输出轴头为基准。

此外，轴封型式的选定要在综合考量了机架搅拌轴头尺寸、可容纳空间、工作压力和温度的情况下再确定组装。最后，搅拌轴结构型式的设计选择需依照安装形式和结构的要求进行，并要注意其强度与刚度的校验。在此过程中要注意的是，搅拌器的设计与制造应按照《石油化工搅拌器工程技术规定》（SH/T 3150—2007）的要求，保证其使用寿命为20年以上，并且预期不间断连续操作至少2年。

4 结束语

综上所述，搅拌器设计与选择的合理性不仅关系着化学反应的转换、能量的消耗，还在很大程度上决定着产量，其方方面面都影响着工业生产。同时，搅拌器的设计与选择又离不开对其性能和分类的了解。因此，化工产业应根据搅拌目的设计并选择搅拌器，在设计过程中，要执行规范的设计流程。只有夯实好搅拌器这一基础设备的设计工作，才能进一步推动化工产业的发展。

参考文献

[1]刘亚.简述锡化工设计中搅拌器的选型[J].科技信息，2014（8）：226，232.

[2]孙昊，孙波.几种常用型形搅拌器扭矩与搅拌速率线性关系的研究[J].江西化工，2014（1）：147-152.

〔编辑：白洁〕