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攪拌器(qi)的(de)功(gong)率計(ji)算

編輯(ji):轉自:材(cai)料科學與工程技術(shu) 發布(bu)時間:2023-12-15

1 攪拌器功率和(he)攪拌作業(ye)功率
攪拌時(shi),以(yi)一定轉(zhuan)速(su)旋轉的攪拌器將(jiang)對(dui)液體做功,並(bing)使之發生(sheng)流動,這時為(wei)使(shi)攪(jiao)拌(ban)器連(lian)續運(yun)轉所(suo)需(xu)要(yao)的功率稱為攪拌器功率(lv),其大小與攪拌器的幾(ji)何參數、運行(xing)參(can)數、攪拌釜(fu)的結構尺(chi)寸及物料的物性(xing)參數(shu)等(deng)密切(qie)相(xiang)關。此攪拌器功率不(bu)包(bao)括機械傳(chuan)動和軸封(feng)所消(xiao)耗(hao)的動(dong)力(li)。實(shi)際(ji)設計時,須兼(jian)顧(gu)係(xi)統(tong)傳動效(xiao)率。
生產(chan)時,不同(tong)的攪拌過程(cheng)、不同的物性及物(wu)料量(liang)在完成其(qi)過程時所需的動力不同,這(zhe)個(ge)動力的大(da)小(xiao)是被(bei)攪拌介(jie)質(zhi)的物理、化(hua)學(xue)性能(neng)以及(ji)各(ge)種攪拌過(guo)程所要求(qiu)的最終(zhong)結(jie)果(guo)的函數。習慣(guan)上把(ba)攪拌器使攪拌釜中的液體(ti)以最佳方式(shi)完成(cheng)攪拌過程所需要的功率稱(cheng)為攪拌作(zuo)業功率。
理想(xiang)狀(zhuang)況(kuang)是(shi),攪拌器功率剛(gang)好等於攪拌作業功率,使攪拌過程以最佳方式完(wan)成。攪拌器功率小於(yu)攪拌作業功率時,過程可(ke)能無(wu)法(fa)完成,也(ye)可能拖長操(cao)作時間(jian);而(er)過分(fen)大於時,隻能是浪(lang)費(fei)動力。

2 攪拌器功率的影(ying)響因(yin)素(su)及計算
計算攪拌器功率的目(mu)的,一是用(yong)於設(she)計或(huo)校(xiao)核(he)攪拌器和攪拌軸(zhou)的強(qiang)度和剛度,二是用於選(xuan)擇(ze)電動機(ji)和減速機等傳動裝(zhuang)置(zhi)。影響攪拌器功率的因素很多(duo),主要有(you)幾何因素和物理(li)因素兩(liang)大類,包括以下四(si)個方(fang)麵(mian):
①攪拌器的幾何(he)尺寸與(yu)轉速:攪拌器直徑(jing)、槳葉(ye)寬度(du)、槳葉傾斜(xie)角、轉速、單個攪拌器葉片(pian)數、攪拌器距(ju)離(li)容器底(di)部(bu)的距離等。
②攪拌容器的結構(gou):容器內徑、液麵高(gao)度、擋(dang)板(ban)數、擋板寬度、導流(liu)筒的尺寸(cun)等。
③攪拌介質的特(te)性:液(ye)體的密度、黏度。
④重力加(jia)速度。
上(shang)述(shu)影響因素綜(zong)合起(qi)來可用下(xia)式關(guan)聯:

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式中:

B-槳(jiang)葉寬(kuan)度,m;
d-攪拌器直徑,m;
D-攪拌容(rong)器內(nei)直徑,m;
Fr-弗魯德(de)數,Fr=N²d/g ;
H-液麵高度,m;
K-係數;
N-攪拌轉速,s-1;
P-功率準(zhun)數,無量綱(gang);
P-攪拌功率,W;
r,q-指(zhi)數;
Re-雷(lei)諾數,Re=d²Nρ/μ;
ρ-密(mi)度,kg/m³;
μ-黏(nian)度,Pa·s。
一般(ban)情(qing)況下,弗(fu)魯德準數Fr的影響較小,而容器內徑D、擋板寬度b等幾何參數可歸結到(dao)係數K。由(you)式(11-6)得攪拌器功率P為:

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(11-7)

上式中ρ、N、d為已知(zhi)數,故計算(suan)攪拌器功率的關鍵(jian)是求得(de)功率準數NP。在特定的攪拌裝置上,可以測得功率準數NP與雷諾數Re的關係。將此關係繪(hui)於雙(shuang)對數坐(zuo)標(biao)圖(tu)上即(ji)得功率曲線(xian)。圖11-10為六(liu)種攪拌器的功率曲線。由圖可知,功率準數NP隨(sui)雷諾(nuo)數Re變化。在低(di)雷諾數(Re≤10)的層(ceng)流區內,流體不會打旋(xuan),重力影響(xiang)可忽(hu)略(lve),功率曲(qu)線為斜率-1的直線;當10≤Re≤10000時為過渡(du)流區,功率曲線為一下凹曲線;當Re>10000時,流動進(jin)入(ru)充(chong)分湍流區,功率曲線呈一水(shui)平直(zhi)線,即NP與Re無關,保(bao)持(chi)不變(bian)。用式(11-7)計算攪拌器功率時,功率準數NP可直接從(cong)圖11-10查(cha)得。

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注(zhu):表中“○”為適(shi)合,空(kong)白(bai)為不適或不許。


3 攪拌作業功率
是攪拌混(hun)合(he)過程最(zui)佳時所需要的功率,而實際生產中最佳(jia)狀態(tai)有時很(hen)難(nan)獲(huo)取(qu)。因此(ci),通(tong)常結合具體的攪拌過程和確定的攪拌器類(lei)型(xing),借(jie)助(zhu)日常(chang)生產或一些小型試驗(yan)來獲取功率數據,並以此作為攪拌作業功率的參考,進一步去(qu)確(que)定(ding)能滿(man)足(zu)這一功率要求的攪拌器尺寸與運行參數。
(1)單位體積(ji)平均(jun)攪拌功率的推薦(jian)值(zhi)
單位(wei)體積物料的平均攪拌功率的大小,常用來(lai)反映(ying)攪拌的難易(yi)程度。對同一種(zhong)攪拌過程,取單(dan)位體積物料的平(ping)均攪拌功率也是一個常用的比(bi)例(li)放大準則(ze)。
對於Re>10⁴的湍(tuan)流區操作的下述過程,液體單位體積的平均攪拌功率推薦值見表(biao)11-8。

表11-8不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率

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注:1Hp = 735.499 W。
(2)攪拌作業功率的算圖
如圖11-11所示,算圖依(yi)據(ju)攪拌過程的種類以及物料(liao)量、物性參數來確定攪拌作業功率。將液體容積與液體黏度連線,交(jiao)於參考(kao)線Ⅰ上某點,再(zai)將該點與液體相對密度連線,交(jiao)於參考(kao)線Ⅱ上某點,之(zhi)後將該(gai)點與某一操作連線,交於攪拌功率線上某(mou)點,即可由此確定該過程的攪拌作業功率。

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