高黏度流體攪拌對機械攪拌器的要求

黏度是流體的一種屬性。它反映了流體運動時剪切應(yīng)力與剪切速度梯度的比值關(guān)系。所以黏度大小對流動狀態(tài)有很大的影響，也必然對機械攪拌器的攪拌過程有很大的影響。流體在管路中流動時，有層流、過渡流、湍流三種狀態(tài)，攪拌罐中也有這樣三種流動狀態(tài)，與管路中一樣決定這些狀態(tài)的是雷諾數(shù)Re，黏度是決定Re大小的主要參數(shù)之一。

在攪拌過程中，所謂黏度高低的說法并沒有嚴格的界限，一般所謂高低只是一個習慣的說法。大致以2500m Pa.s或10四次方mPa.s以上為高黏度．在此以下都可稱為低黏度。也有的只將100mPa.s以下稱為低黏度，中間又分出一個中等黏度的范疇。因為低黏度與中等黏度的液體在攪拌時流動狀態(tài)的區(qū)別不大，所以將其統(tǒng)稱為低黏度，以與高黏度液體相區(qū)別。關(guān)于目前常用的液體攪拌器所適用的黏度范圍，說法也不同。有的認為適用在2×10的五次方mPa.s以下，制冰池攪拌器全心全意，也有的認為可用到1x10的六次方mPa.s。這些說法都未提及其他指標，所以也只能理解為一個大致的范圍。

化工攪拌器中高黏流體的刮壁傳熱

在化工領(lǐng)域，高黏度流體的處理比較常見，在處理高黏流體時，目前廣泛采用的推進式、槳式和渦輪式等化工攪拌器工作效率不高，若選用錨式化工攪拌器則會出現(xiàn)近壁面溫度不均勻等現(xiàn)象。因此，通常使用螺帶式和螺桿式加導(dǎo)流筒處理高黏流體，但有時傳熱效果并不明顯，尤其是生產(chǎn)高分子聚合物時，往往會在釜壁產(chǎn)生黏釜物，而這些黏釜物可大大降低傳熱效果。如懸浮法生產(chǎn)PVC時，僅0.1MM厚的黏釜物，就能使傳熱總系數(shù)減少35%。而在用連續(xù)溶液法或本體法生產(chǎn)聚合物時，產(chǎn)生的黏釜物遠大于0.1mm，甚至達到十多毫米厚，近似于絕熱操作。

發(fā)生這種情況的主要原因是：處理高黏流體時，化工攪拌器的攪拌轉(zhuǎn)速通常很低，普通葉輪造成流體的移動僅能擴展至很短的距離，因而不足以克服流體的黏性力，于是傳熱面就黏有一層相當厚的高黏流體。要提高傳熱系數(shù)必須將這層黏釜物刮除，即采用刮壁式化工攪拌器來減薄其熱邊界層黏釜物厚度，以強化傳熱，并由此倡導(dǎo)了刮壁式傳熱學(xué)理論。

攪拌器混合速率和混合效率

在攪拌器的攪拌過程中，我們常用均一化時間θm來定量地表示混合速率。均一化時間θm的定義是：將兩種完全互溶，但其物理或化學(xué)性質(zhì)（如電導(dǎo)率、顏色、溫度、折光率等）有差異的流體通過攪拌使之達到規(guī)定混合程度所需的時間。由于測量混合時間的種種條件以及所要求達到的終均勻程度是人為確定的，故θm的數(shù)值僅在相同的測試條件下有相互比較的價值。

在對比不同攪拌葉輪的混合速率時常用無量綱混合時間，即混合時間數(shù)Tm：

Tm=θmN

Tm的物理意義為：達到規(guī)定混合，攪拌器葉輪所需的轉(zhuǎn)數(shù)。Tm值越低，則表明該葉輪的混合速率越高。

在湍流混合時，各種葉輪的Tm為一常數(shù)；而在高黏度液體的層流攪拌時，對于那些適合于高黏度液體混合的葉輪，如螺帶式或螺桿式葉輪等則Tm亦為一常數(shù)；然而對于一些不適合高黏度液體混合的葉輪來說，例如用d/D=0.5左右的盤式渦輪在層流下混合高黏度液體時，由于罐內(nèi)有混合死角，不能求得確切的均一化時間θm，故也不能算得Tm值。

有人研究了Tm和Np、Nqd等的關(guān)系，對于用平葉渦輪式、平葉槳式．彎曲葉槳式、布魯馬金式和推進式等葉輪攪拌低黏度液體的場合得到如下的關(guān)系式：

常用單位體積混合能Wv來表示混合效率。Wv是單位體積攪拌功率和均一化時間θm的乘積。Wv=pvθm。

需指出的是θm。不是一個嚴密定義的量，如前所述，它隨測量者的實驗條件而變。故用Wv來比較不同葉輪的混合效率時，往往用一個基準的葉輪的Wv值作為參比值。