二叶桨式搅拌机搅拌功率计算

二叶桨式搅拌机搅拌功率计算

搅拌装置广泛应用于许多工业生产中，尤其是在许多化工装置中作为原料和混合装置的情况下。搅拌的目的在于使不同的物相进行混合、分散、传质、传热和反应。根据不同的搅拌目的,对于搅拌功率的要求不尽相同。在满足所需工艺参数的前提下,设计的目标是利用最小的功率消耗达到搅拌的目的。对于不同的搅拌目的和搅拌过程,所需要的搅拌功率是不同的。在固—液悬浮操作中,有时需要通过搅拌来防止固体颗粒发生沉降,这时只需搅拌器输入较小的能量,使全体固体颗粒在搅拌槽底部浮游起来即可,并不要求固体颗粒均匀地分布于整个槽体内;而对于均化搅拌,为了达到搅拌均匀程度的要求,根据搅拌的工艺参数以及搅拌的转速等要求,需要消耗的功率将增大。正确地计算搅拌作业所需的功率,对于节约能量和提高搅拌操作效果是非常重要的。本文将就二叶桨式搅拌器在不同叶片倾角下所需要的搅拌功率进行理论计算。1需要的功率本文以山东铝业公司新建20万吨4A沸石生产线上使用的带滤机搅洗槽在采用桨式搅拌器时所需要的功率为例进行计算。该带滤机搅洗槽规格为Φ2.8×10m,槽体内径2.8m,高度10m,液位高度为8m,设置挡板4个,宽度为230mm;搅拌桨直径为2m,宽度130mm,搅拌器转速n=0.35r/s;搅拌目的为固体悬浮。2搅拌功能计算2.1工艺参数见表12.2搅拌功率计算影响搅拌功率的因素很多,其中包括结构的影响,如搅拌桨的直径和宽度、倾斜角度、转速;搅拌槽参数的影响,如槽体的直径、深度、有无挡板等条件;被搅拌物料特征的影响,如密度、粘度等。对于此次计算,由于物料粒度较小,搅拌均匀要求不高,故搅拌功率按均相搅拌计算之。搅拌功率数Np是搅拌设备最基本的特征参数之一。搅拌功率按下式计算:式中P—搅拌功率,W;NP—搅拌功率数;ρ—介质比重,kg/m3;n—搅拌桨转速,r/s;d—搅拌桨直径,m;式(1)中,介质比重、搅拌桨转速和搅拌桨直径三个参数很容易得到,故计算搅拌功率的关键是求出功率数NP2.3永田进治计算搅拌功率数随流动状态以及搅拌装置的形状和尺寸等条件而变化。以往常采用的搅拌功率计算方法有永田进治的关联式计算,对于二叶平桨和斜桨无挡板情况下的永田进治计算式如下:式中Re—搅拌雷诺数;θ—搅拌桨倾斜角,°;b—搅拌桨叶的宽度,m;d—搅拌桨直径,m;D—槽体直径,m;η—料浆粘度,Pa·s2.3.1wb的测定式中Kb—挡板系数;nb—挡板数,4;Wb—挡板宽度,Wb=0.23m。所以,带入式(4)计算挡板系数:根据参考文献,当挡板系数小于0.35时为部分挡板条件,故本例按部分挡板条件计算功率。2.3.2dde:0.8.7ddD=22.8=0.714bD=0.132.8=0.0465HD=102.8=3.571dD=22.8=0.714bD=0.132.8=0.0465ΗD=102.8=3.5712.3.3无斑块条件下的搅拌功率数(1)二叶平桨(θ=90°)在无挡板条件下搅拌所需搅拌功率NP∞90°的计算计算无挡板条件下雷诺数,带入式(3):Re=d2n?ρη=22×0.35×12500.02=87500Re=d2n?ρη=22×0.35×12500.02=87500带入式(2),计算无挡板条件下的搅拌功率数NP∞90°:(2)无挡板条件下、桨叶为45°时的搅拌功率数NP∞45°的计算(3)无挡板条件下、桨叶为30°时的搅拌功率数NP∞30°的计算2.3.4搅拌功率数计算全挡板条件下搅拌所需搅拌功率最大,搅拌功率数记做NPmax。(1)全挡板、倾角为90°的搅拌功率数的计算全挡板条件时雷诺数Rec:代入永田进治计算式,计算搅拌数NPmax90°:(2)二折叶桨(θ=45°,30°)在全挡板条件下的雷诺数Reθ按如下式计算θ=45°时搅拌雷诺数Re45°:同理,计算θ=30°时搅拌雷诺数Re30°:Re30°=104(1-sin30°)×63.15=6315分别计算θ=45°和θ=30°时全挡板条件下的搅拌功率数:2.3.5分斑块条件、倾角为90时的搅拌功率数部分挡板时的搅拌功率数与全挡板时的NPmax和无挡板时的搅拌功率数NP∞有如下关系:(1)部分挡板条件、倾角为90°时的搅拌功率数NP90°代入式(6),计算90°时的NP:求得:NP90°=3.02。(2)部分挡板条件、倾角为45°时搅拌功率数NP45°求得:NP45°=1.60。(3)部分挡板条件、倾角为30°时搅拌功率数NP30°求得:NP30°=0.87。2.4搅拌功率将以上计算的部分挡板条件下搅拌功率数带入式(1),计算所需的搅拌功率:(1)θ=90°的搅拌功率P90°(2)θ=45°的搅拌功率P45°(3)θ=30°的搅拌功率P30°3搅拌功率的确定根据加速以上是单层二折叶桨式搅拌器在不同倾斜角度下的功率计算,表2为不同倾斜角度下的雷诺数、功率数和功率之计算结果。从表2可以看出,对于条件相同、规格相同的搅拌器,随着角度的增大,所需的搅拌功率亦增大。对于多层桨式搅拌及不同规格的搅拌器,可以根据放大准则进行设计,搅拌功率亦可按相似放大法进行估算。本例中设计搅拌器为两层45°二折叶桨式,其间距离为1.8m,两桨叶之间的流场为弱耦合状态,计算所得的搅拌功率为轴功率,根据计算结果,最终选择搅拌输入电机功率为7.5kW。由现场使用情况反馈可知,该搅拌器基本满足了搅拌要求,并且搅拌所需的功率与计算结果基本吻合。4传动功率的计算方法对桨式搅拌器传动功率进行计算,对于搅拌装置的设计是一个有益的尝试。在依据经验和对比确定搅拌装置传动功率的同时,亦可通过理论计算,得出传动