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搅拌器混合速率和混合效率

　　在搅拌器的搅拌过程中，我们常用均一化时间θm来定量地表示混合速率。均一化时间θm的定义是：将两种完全互溶，但其物理或化学性质（如电导率、颜色、温度、折光率等）有差异的流体通过搅拌使之达到规定混合程度所需的时间。由于测量混合时间的种种条件以及所要求达到的终均匀程度是人为确定的，故θm的数值仅在相同的测试条件下有相互比较的价值。

　　在对比不同搅拌叶轮的混合速率时常用无量纲混合时间，即混合时间数Tm：

　　Tm=θmN

　　Tm的物理意义为：达到规定混合，搅拌器叶轮所需的转数。Tm值越低，则表明该叶轮的混合速率越高。

　　在湍流混合时，各种叶轮的Tm为一常数；而在高黏度液体的层流搅拌时，对于那些适合于高黏度液体混合的叶轮，如螺带式或螺杆式叶轮等则Tm亦为一常数；然而对于一些不适合高黏度液体混合的叶轮来说，例如用d/D=0.5左右的盘式涡轮在层流下混合高黏度液体时，由于罐内有混合死角，不能求得确切的均一化时间θm，故也不能算得Tm值。

　　有人研究了Tm和Np、Nqd等的关系，对于用平叶涡轮式、平叶桨式．弯曲叶桨式、布鲁马金式和推进式等叶轮搅拌低黏度液体的场合得到如下的关系式：

　　常用单位体积混合能Wv来表示混合效率。Wv是单位体积搅拌功率和均一化时间θm的乘积。Wv=pvθm。

　　需指出的是θm。不是一个严密定义的量，如前所述，它随测量者的实验条件而变。故用Wv来比较不同叶轮的混合效率时，往往用一个基准的叶轮的Wv值作为参比值。

搅拌器悬浮临界转速的确定

　　所谓悬浮临界转速，是指搅拌釜内悬浮操作达到某一的悬浮状态时，搅拌器转速的小值。只有确定了搅拌器临界转速，才能计算出过程所需要的小功率。　　(1)完全离底悬浮的临界转速，搅拌器的完全离底悬浮临界转速常用直接观察法和电导法测定。

　　直接观察法是用肉眼观察搅拌釜底颗粒运动状态，当颗粒全部处于运动时，且颗粒在釜底停留（静止）时间不超过1～2s，即认为达到了完全离底悬浮。此法用于实验室研究能够得到满意的结果。

　　电导法是在釜底安装多个电导元件，根据电信号的变化，确定完全离底悬浮临界转速。此法可用于不透明釜体的测量上。

　　在固-液悬浮操作中，对完全离底悬浮的研究较多，也发表了不少有关搅拌器临界转速的关联式。

　　Zwietering通过大量的研究发现，关联式要依据搅拌釜结构尺寸、固相浓度、液体黏度、固体颗粒粒径、固-液两相密度差等影响悬浮操作的主要因素。

(2)均匀悬浮临界转速，均匀悬浮临界转速的确定，常用的方法是通过测釜内各点的固相浓度，根据釜内固相浓度分布的均匀度来判断。

　　一般情况下，釜内很难达到均匀悬浮，典型的固体颗粒沿釜深浓度分布如上图所呈，在低转速下，浓度分布不均匀，釜上部浓度低于平均浓度，釜下部浓度高予平均浓度。随着搅拌器转速的增加，浓度分布趋于均匀。当转速增加到一定程度，浓度均匀性不再增加，沿液面深度始终存在有一定的浓度差，而且从釜中可明显地看出沿液深总有一高浓度区。

我们先来看看刮壁式搅拌釜结构。

　　说到刮壁式搅拌釜结构，我想起来今年年初的一个化工搅拌器的设计，搅拌釜为日本生产顺丁橡胶的C&R式反应器，采用螺带-导流筒式搅拌器，设有三重刮壁机构，高速搅拌器敬请致电，即在导流筒内壁面、导流筒外壁面和搅拌器的内壁面都装有刮壁机构，使流体在导流筒内部产生很强的循环。当然，那种设计并不是，也可将化工搅拌器由螺带式搅拌器换成螺杆式搅拌器，以强制流体在导流筒内、外进行循环。

　　对于刮壁式搅拌釜来说，刮板的形状与搅拌功率和传热效率之间有直接关系。当搅拌釜需要通过夹套撤除聚合热时，理想的刮壁作用是刮板将其刀口前面贴近传热壁面的冷流体刮起，并与搅拌釜中部的热流体均匀混合。我们曾设计并研究了多种形状刮板的传热效果如下图所示。研究结果表明，B结构的传热效率好。