搅拌选型知识

1、 搅拌叶选型相关知识见搅拌设备，主要分径向流和轴向流叶轮两种三叶推进式是最典型的轴流型搅拌器，高排液量，低剪切性能；采用挡板或导流筒则轴向循环更强。排出性能明显提高，因为它循环能力强，动力消耗低，在低粘度，大容量均相、混合过程中应用最能体现它的优势，在低粘度的液体传热、反应、固液比小时的悬浮、溶解等过程中应用广泛。可调推进式的桨叶可转动15，调整倾角，在试验性的工艺过程中作用很大。可拆推进式的桨连轮毂分成三辨，组装方便，用在需要拆成小件的场合。常用介质pv2000cP,常用运转速度n=100500rpm,v=315m/s，最高转速可达1750rpm，常用规格S/DJ=1或2,DJ/D=0.20

2、.5，表面要求抛光处理的必须选用焊接型。螺杆式搅拌器此类搅拌器为慢速型搅拌器，在层流区操作，液体沿着螺旋面上升或下降形成轴向的上下循环，适用于中高粘度液的混和和传热等过程，螺杆式搅拌直径小，轴向推力大，可偏心放置，桨叶离槽壁的距离1/20DJ，槽壁可起挡板作用。螺杆带上导流筒，轴向流动加强，在导流筒内外形成向下向上的循环。此时，可取导流筒直径D=0.7D,DJ/Do=0.95，常用介质粘度p105cP，常用运转速度n=0.550rpm,vv1m/s。三窄叶旋桨式搅拌器也是常用的旋桨式搅拌器，性能、应用都相似，相对于宽叶旋桨式，它的排出流量小些，输入功率小些，常用介质粘度p104cP，常用转速n

3、=60500rpm，常用尺寸DJ/D=0.20.5,B/DJ=0.2，常用左旋，可制成右旋。斜叶桨式搅拌器此搅拌器桨叶可成24、45或60倾角，有轴向分流、径向分流，流型比平直叶桨式复杂，排出能量比平直桨高，综合效果更好，适用过程相同，因此应用频率比平直叶桨式高，运行条件同平直叶桨式。六叶开启涡轮式搅拌器本类搅拌器流型为径向流，在有挡板时可自桨叶为界形成上下两个循环流，具有高剪切力和较大的循环能力，其中直叶开启涡轮式剪切力最大，弯叶开启涡轮式剪切力最小，斜叶开启涡轮居中。所以直叶开启涡轮更适合于分散操作过程。弯叶排出性能好，桨叶不易磨损，更适合于固体悬浮。对于固体溶解也很适合的。其它搅拌操作过

4、程，它们都能应用上，所以涡轮式搅拌器是操作过程适用范围最广的搅拌器，适用粘度范围5x104,pv2000kg/m3,常用运转速度n=10300rpm,v=410m/s，最高转速可达600rpm，常用尺寸：DJ/D=0.20.5,b/DJ=0.2（宽形），b/DJ=0.125（窄形）。本类搅拌器叶片形状复杂，多用于一些特殊条件下的操作过程，三叶后齿相当于三斜叶开启涡轮式的叶子后缘成锯齿状，增大的剪切界面强化了小涡流的产生，溶解、分散能力更优，还具有分裂粉碎的作用，适用于低粘度介质固体溶解、分散及高粘度分散相的混合、分散。n=100600rpm。三叶后掠式搅拌器为径流型搅拌器，配合指型挡板可得上下

5、循环流，循环量大，在挡板的配合下剪切作用也好，在带椭圆底或锥底容器中，固体分散、溶解、悬浮、传热、液相反应等过程都很适用。n=100300rpm,p104cP。HCQ异形三叶类搅拌器搅拌器叶片形状复杂，多用于一些特殊条件下的操作过程，三叶后齿相当于三斜叶开启涡轮式的叶子后缘成锯齿状，增大的剪切界面强化了小涡流的产生，溶解、分散能力更优，还具有分裂粉碎的作用，适用于低粘度介质固体溶解、分散及高粘度分散相的混合、分散。n=100600rpm。四叶开启涡轮式搅拌器本类搅拌器技术性能同六叶开启涡轮式对应搅拌器，相同运作条件下消耗功率、搅拌能力都次于六叶搅拌。在相对粘度高，运转速度大的条件下比六叶更优，

6、搅拌器重量轻，所以应用也很广泛。平直叶桨式搅拌器此类型为最基本的一种桨型，低速时为水平环流型，层流区操作；高速时为径流型。有挡板时，功率准数值Np明显上升，为上下循环流，湍流加强，适用于低粘度液的混合、分散、固体悬浮、传热、液相反应等过程pv2000cPn=1100rpm,v=150m/s。常用规格DJ/D=0.350.8,b/DJ=0.10-0.25。当DJ/D=0.9以上时可设置多层桨叶，适用于高粘度液搅拌；降低桨叶离底部高度可作刮板用，防止重组份沉附底部，有用于悬浮、结晶与萃取等过程.电动搅拌机搅拌叶的选择离心式螺旋桨式（四叶片）标准型搅拌桨，使用混合介质由上而下轴向流动，产生局部的剪切

7、力。中高速适用。螺旋桨式（三叶片）高效液体流设计，吏混合介质由上而下轴向流动，剪切力小。中高速适用。溶解式使混合介质上、下产生径向流动，形成强流和高剪切力，缩小粒径。可以粉碎液体中的颗粒，中高速适用。双叶片随速度增大而张开，适用于窄口圆形容器。搅拌效果类似于螺旋式搅拌桨（四片式）。中高速适用。扇片式产牛切向流动，紊流小，热交换性能好，搅拌性能温和。中低速使用。锚式产生切向流动，边缘形成高剪切率。使混合介质不易沉积在容器壁上。低速使用。应用于聚合物反应及液体小矿物质的分散，是中高粘度介质的理想搅拌平叶的搅拌效果（溶氧）最好，但是剪切力大，消耗的电机功率要大一些。箭叶的剪切力要小一些，但是搅拌效果

8、（溶氧）要差一些，消耗的电机功率要小一些。用轴流桨比平叶和箭叶的整罐混合效果好多了，可以提高气含率。轴流式通用发酵罐的研究现状和对策崔政伟（无锡轻工大学，无锡，214036）提要分析和比较了翼形搅拌桨与圆盘涡轮桨的流体力学性能特点，指出了轴流式通用发酵罐的现状及存在的问题，提出了一些今后研究的对策。关键词轴流式发酵罐，溶氧，能耗发酵工业中大多数产品（如抗生素、味精、酶制剂等）是在发酵罐中通过深层发酵而得到的。虽然目前有各种各样的发酵罐，如自吸式、液提式、气升式，但发酵工厂用得最多的还是传统的通用发酵罐。一个性能优良的发酵罐首先要能为菌株提供良好的生长和代谢环境，提高发酵单位；此外发酵罐的能耗越

9、小越好，因为发酵罐的功率较大，如50m3的通用发酵罐搅拌功率约需75kW，发酵周期又长，能耗费用在产品成本中往往占相当大的比例。目前传统的通用发酵罐均采用径向流式圆盘涡轮桨，其主要缺点是全罐的混合性能差，能耗大，目前国内外很多人主张将圆盘涡轮桨全部或局部改为翼形桨，即所谓的轴流式通用发酵罐。自80年代以来，美国Cheminer公司和英国APV公司进行了轴流式发酵罐的研究和实践，其产品已开始进入中国市场。轴流式发酵罐虽然克服了传统通用发酵罐的不少缺点，但也有弊端，需要进一步加以克服。1单个翼形桨和涡轮桨性能的比较为使发酵菌株在合适的环境条件下充分显示其优越性，发酵过程中需实现发酵罐中培养基成分浓

10、度、温度和pH等的均匀，同时还需要气-液接触充分，以提供足够的溶氧。发酵罐内设置搅拌的首要作用是打碎气泡，提高气-液接触面积，以提高气-液间的传质速率；其次是为了使发酵液充分混合，液体中的固形物料保持悬浮状态。不同型式的搅拌桨打碎气泡的能力及流体混合的效果不一样。因此，体积氧传递速率，混合性能及能耗是评价一个搅拌桨好坏的重要指标。对于圆盘涡轮桨，其结构形式有直叶式、弯叶式和箭叶式，叶片数量38个，常用的为6个。在相同的搅拌功率下打碎气泡的能力，直叶大于弯叶，弯叶大于箭叶，但其翻动流体的能力正好相反，传统通用式发酵罐最常用的是六直叶涡轮桨。翼形桨是基于机翼理论和船用螺旋桨理论等而出现的一种轴流搅

11、拌桨，如图1(a)，它的叶片采用机翼断面，叶型参数如拱度比、沿直径方向的螺距、弦长、厚度等是变化的，叶片一般为46个，且较宽，其投影覆盖率近90%。它不同于传统的推进式叶轮，后者叶片沿直径方向是等厚的，一般只用3片，且叶片宽度较窄，投影覆盖率约5%，对气流的控制能力差，容易造成液泛。翼形桨的结构形式也有多样，图1(b)是英国APV公司研制的翼形桨1。混合性能翼形桨的结构与涡轮桨明显不同，它能使液体同时产生径向和轴向流动，主体循环量增大，有利于罐内发酵液混合均匀；而涡轮桨却在罐内形成以盘面为界的上下两个循环区，全罐混合性差。据文献2报道，无通气条件下，在水或CMC水溶液中，相同单位体积功率下，单

12、个翼形桨的混合时间是涡轮桨的一半。在通气条件下情况比较复杂，在低转速范围内，由于翼形桨搅拌所产生的主体循环量有限，尤其对粘性大的流体，通常不易形成罐内循环，混合效果不很理想，通气后，由于气体的介入，诱导液体的相对运动，有利于混合，此时通气对混合有显著的影响；当转速较高时，翼形桨搅拌产生的主体循环足以形成全面的整体混合，并不一定要借助气体的诱导作用来促进混合，有时还因气体的介入而影响主体循环，此时通气可能不利于混合的改善。涡轮桨通气条件下功率下降幅度较大。总之，在通气和非通气的情况下，翼形桨的混合效果都好于涡轮桨。由翼形桨排出流中流体速度分布，计算得到翼形桨的泵送系数Nqd二0.75,其泵送效率

13、为：Nqd/Nq二0.67，而涡轮桨的泵送效率为0.143,这也说明翼形桨具有较好的混合效果。流体剪切速率搅拌桨产生的流体剪切速率大小对打碎气泡有较大影响。翼形桨产生流体的最大剪切速率Ymax和平均剪切速率Yav是叶轮转速N的函数与叶轮的直径D无关，最大剪切速率大约是平均剪切速率的2倍，并有如下关系3Ymax二0.113NYav二0.056N涡轮桨产生流体的最大和平均剪切速率关系3为Ymax二3.15NDYav二0.25N涡轮桨产生流体的最大剪切速率不仅是叶轮转速的函数，也是叶轮直径的函数，其数值比翼形桨大得多。涡轮桨产生的高剪切速率有利于打碎气泡，对提高氧传递速率有利，但剪切速率分布很不均匀

14、，在桨叶端附近过大的剪切速率对剪切敏感的菌体（如一些丝状菌体）有伤害，严重时会使发酵过程恶化。传质系数好氧发酵最为普遍，许多菌株对溶氧要求较高，因此维持较高的溶氧，对增加发酵单位非常重要；而氧在发酵液里的溶解度很低，通常比其他营养成分难溶解。传氧的关键是空气向液体的传递。空气通常由一根指向罐底中心的管通入液体中，考虑到清洗方便，工业发酵罐一般不加空气分布器；空气自管中出来后，由于通气量相当大，气泡不可能为单个，而是成串产生，形成气泡群，气泡的直径较大。为有利于气泡的氧溶于发酵液中，要求气液接触面积越大越好。涡轮桨打碎气泡的效果比翼形桨好，因此在相同的转速下，涡轮桨的体积氧传递系数KLa要比翼形桨大很多。提高翼形桨的转速，流体湍流度增大，剪切速率提高，会提高KLa。很多研究4，5表明，在湍流条件下，不论何种搅拌桨，氧的KLa基本相同。KLa二A(zT)a(vs)p式中,A,a,p为与溶液性质有关的常数；訂为通气条件下单位体积能耗，訂二Pg/V;us为气体的表观粘度；Pg为通气功率；V为发酵液的体积。Nie