技術文章
一、根據物料特性選擇攪拌器的核心原則
1. 物料黏度(最關鍵參數)
- 低黏度(<1Pa·s):
- 優先選渦輪式、推進式、平槳式,利用高速剪切與徑向/軸向流動實現快速混合;
- 例:水相溶液反應、低濃度酸堿中和,渦輪式可強化氣液傳質(如通入CO?的碳化反應)。
- 中黏度(1-5Pa·s):
- 斜槳式、開啟渦輪式(帶傾角葉片減少功率消耗)或錨式基礎款(輕微刮壁需求);
- 例:食品糖漿熬制、中等濃度乳液初步混合。
- 高黏度(5-50Pa·s):
- 錨式、框式(貼壁設計防粘壁)或螺帶式(短螺距)(增強周向流動);
- 例:硅膠制備、高濃度顏料研磨漿料。
- 超高黏度(>50Pa·s):
- 雙螺帶式、螺桿-螺帶組合式(強軸向循環)或行星式攪拌器(適合近固態物料,如口香糖基料混合);
- 需避免使用渦輪式(功率不足、混合效率低)。
2. 物料相態與混合目的
- 液-液混合(互溶/不互溶):
- 互溶體系(如乙醇-水混合):低剪切攪拌器(推進式)即可;
- 不互溶體系(如油-水乳化):高速渦輪式、分散盤式(剪切力破碎液滴,形成穩定乳化液)。
- 氣-液混合(氣體吸收、鼓泡反應):
- 圓盤渦輪式(葉片帶孔,氣體從底部通入時被分割成小氣泡,圓盤防止氣體沿軸上升短路);
- 例:發酵罐中的通氣攪拌、環氧乙烷水合反應中的氧氣溶解。
- 固-液混合(固體溶解/懸浮):
- 固體顆粒<1mm且易懸浮:推進式、渦輪式(強流動防止沉淀);
- 固體顆粒>1mm或高濃度(>30%體積分數):螺帶式、框式(軸向/周向流動提升懸浮效率,避免顆粒沉積釜底);
- 例:催化劑顆粒在反應液中的懸浮(螺帶式)、食鹽溶解(推進式)。
3. 物料特性與特殊需求
- 易粘壁/結垢:必須選錨式、框式或刮壁式,葉片貼近釜壁(間隙≤2-5mm),連續刮擦防止物料黏附(如熔融聚合物反應)。
- 熱敏性物料:需快速傳熱,可搭配螺帶式(空心軸通熱介質)+夾套,提升釜壁與物料間的換熱效率,減少局部過熱。
- 高剪切需求:如納米顆粒分散、聚合物溶解,選鋸齒分散盤(轉速>1500rpm),通過強剪切破碎團聚顆粒。
- 腐蝕性物料:攪拌器材質需與釜體一致(如316L、哈氏合金),表面拋光(Ra≤0.8μm)減少腐蝕介質滯留。
二、選型輔助參數
1. 攪拌轉速:
- 低黏度:100-500rpm(渦輪式、推進式);
- 高黏度:10-100rpm(錨式、螺帶式);
- 分散盤式:1000-3000rpm(需變頻電機調節)。
2. 葉片尺寸:
- 直徑通常為釜內徑的1/3-2/3(錨式/框式貼近釜壁,直徑≈釜徑-20mm);
- 螺帶式高度需覆蓋物料液位,避免空轉(尤其液位變化大的反應)。
3. 功率計算:
- 通過黏度、轉速、葉片參數計算攪拌功率,確保電機與減速機匹配(避免過載或功率浪費),可參考攪拌功率準數關聯式(如μ=Kρn3d?,μ為功率,K為修正系數)。
三、典型應用案例
1. 制藥行業(口服液配制,低黏度水溶液):
- 選推進式攪拌器(3葉片,傾角45°),軸向流動為主,混合均勻且能耗低,避免氣泡卷入。
2. 化工行業(聚氯乙烯聚合,高黏度漿料+粘壁風險):
- 選錨式刮壁攪拌器(葉片帶聚四氟乙烯刮板),貼壁旋轉清除釜壁聚合物,防止局部過熱引發爆聚。
3. 食品行業(巧克力醬料,超高黏度+固體顆粒):
- 選雙螺帶式攪拌器(螺距與螺帶直徑比1:1),配合低速運轉(20rpm),軸向輸送物料并減少剪切熱,保護巧克力風味成分。
攪拌器選型需以物料黏度為基礎,結合相態、顆粒特性、反應目的及設備結構(如釜體高徑比、是否有內盤管)綜合判斷。核心目標是:
- 低黏度:高效混合與傳質(優先剪切力與流動循環);
- 高黏度:避免死角與粘壁(優先貼壁設計與軸向/周向流動);
- 多相體系:強化界面接觸(如渦輪式分割氣泡、分散盤破碎液滴)。
通過合理選型,可顯著提升反應效率、產物均勻性及設備運行穩定性。