机械混合器详述.doc

混合机械
hunhe jixie
混合机械
mixing machine

   利用机械力和重力等将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械。混合机械广泛用于各类工业和日常生活中，其用途是：①将多种物料配合成均匀的混合物。例如将水泥、砂、碎石和水混合成混凝土湿料。②增加物料接触表面积以促进化学反应。例如气液相催化反应时，既要使固体粉状催化剂或液体催化剂（密度不同于参加反应的液体）在液体中均匀悬浮，又要使气体形成小气泡在液体中均匀分散。③加速物理变化。例如粒状溶质加入溶剂，通过混合机械的作用可加速溶解混匀。常用的混合机械分为气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械4大类。
   混合机理  混合时要求所有参与混合的物料均匀分布。混合的程度分为理想混合、随机混合和完全不相混3种状态。
各种物料在混合机械中的混合程度，取决于待混物料的比例、物理状态和特性，以及所用混合机械的类型和混合操作持续的时间等因素。液体的混合主要靠机械搅拌器、气流和待混液体的射流等，使待混物料受到搅动以达到均匀混合。搅动引起部分液体流动,流动液体又推动其周围的液体,结果在溶器内形成循环液流，由此产生的液体之间的扩散称为主体对流扩散。当搅动引起的液体流动速度很高时，在高速液流与周围低速液流之间的界面上出现剪切作用，从而产生大量的局部性漩涡。这些漩涡迅速向四周扩散，又把更多的液体卷进漩涡中来，在小范围内形成的紊乱对流扩散称为涡流扩散。机械搅拌器的运动部件在旋转时也会对液体产生剪切作用。液体在流经器壁和安装在容器内的各种固定构件时也要受到剪切作用。这些剪切作用都会引起许多局部涡流扩散。搅拌引起的主体对流扩散和涡流扩散，增加了不同液体间分子扩散的表面积、减少了扩散距离，从而缩短了分子扩散的时间。若待混液体的粘度不高，可以在不长的搅拌时间内达到随机混合的状态；若粘度较高，则需较长的混合时间。
   对于密度、成分不同、互不相溶的液体，搅拌产生的剪切作用和强烈的湍动将密度大的液体撕碎成小液滴，并使其均匀地分散到主液体中。搅拌产生的液体流动速度必须大于液滴的沉降速度。
   少量不溶解的粉状固体与液体的混合机理，与密度、成分不同，互不相溶的液体的混合机理相同，只是搅拌不能改变粉状固体的粒度。若混合前固体颗粒不能使其沉降速度小于液体的流动速度，无论采用何种搅拌方式都形不成均匀的悬浮液。
   不同膏状物的混合主要是将待混物料反复分割并使其受到压、辗、挤等动作所产生的强剪切作用，随后又经反复合并、捏合，最后达到所要求的混合程度。这种混合很难达到理想混合，仅能达到随机混合。粉状固体与少量液体混合后为膏状物，其混合机理与膏状物料混合的机理相同。
   不同的热塑性物料以及热塑性物料与少量粉状固体的混合，需要依靠强剪切作用反复地揉搓和捏合才能达到随机混合。
   流动性好的颗粒状固体物主要是靠容器本身的回转，或靠装在容器内具有推动待混物料前进或后退的运动部件的作用，反复地翻动、掺和而得以混合。这类物料也可用气流产生对流或湍流以达到混合。固体颗粒的对流或湍流不易产生涡流，混合速度远低于液体的混合，混合程度一般也只能达到随机混合。
   流动性很差的、互相发生粘附的颗粒或粉状固体，则常需用带有机械翻动和压、辗等动作的混合机械。
   气体、低粘度液体混合器  这类混合机械的特点是结构简单，且无转动部件，维护检修量小，能耗低。这类混合机械又分为气流搅拌、管道混合、射流混合和强制循环混合等4种。
   气流搅拌混合器  在存放待混物料的容器内装有鼓泡器或混合管两种形式（图2 [气流搅拌混合器]）。

鼓泡器式的混合器借气泡在液体内上升的过程造成湍动。混合管式的混合器使气液混合以减小密度，引起液体循环流动，从而使待混物料得以混合。气流搅拌混合器仅适用于低粘度液体的混合。它的优点是可用于有腐蚀性或有毒物料的混合，缺点是搅拌强度低。
管道混合器  这种混合器由管道分别与喷嘴、涡流室、多孔板或异形板组成（图3 [管道混合器]）。

混合的方法有3种：①喷嘴式:将待混的两种或两种以上流体的量调整到预定配比后，以较高流速的流体将较低流速的流体带入一根管道，待混流体汇流后经过一段距离达到混合；②涡流式:两种流体流经一涡流室得到混合;③多孔板式、异形板式：两种流体流经装有促进混合的元件的管道得以混合。这种设备适用于气体或较低粘度液体的混合，例如家用煤气灶就是以煤气将空气带入管道混合后而燃烧的。
   射流混合器  这种混合器由容器、射流元件和循环泵等组成（图4 [射流混合器和流型]）。

液体的高速射流穿过低速的液体时，一方面推动前方的液体运动，一方面在界面上产生高剪切力，从而形成大量旋涡，进一步将周围液体卷入射流中，从而得到混合。
   强制循环混合器  这种混合器由容器和循环泵等组成（图5 [强制循环混合器]）。

循环泵强制待混物料反复循环流动，产生湍流以达到混合。为了强化混合，有的混合器在循环泵出口处装有混合元件，例如喷淋头或混合管等。
   中、高粘度液体和膏状物混合机械  这类混合机械的特点是能产生强的剪切作用。
   机械搅拌混合器  这种混合器由搅拌桨（也叫搅拌器）和容器组成（图6 [机械搅拌混合器]）。

搅拌桨的旋转使待混液体产生高速流动，借以引起对流和涡流扩散而进行混合。这种混合器应用范围广泛，只要根据待混物料的物性（粘度、密度和物相等）选择合适的搅拌桨，经过恰当的搅拌时间，混合程度一般可达到随机混合状态，有时还可更好。在化工生产中常用这种设备进行气液、液液反应的混合和油品类的酸洗、碱洗、水洗等。
   静态混合器  这种混合器由管子和内装的促进混合的元件等组成（图7 [静态混合器]）。

混合元件常用的形式有螺旋片式和混合头式。静态混合器结构简单紧凑，无传动部件，物料停留时间短（一般仅数秒），混合效率高，能耗低，安装维护和清洗方便。它主要用作高粘度液体的混合器和气液反应器等。
   兼有混合作用的粉磨机械  这种机械大多用于染料、涂料、油墨和药物生产方面，常用的有球磨机、砂磨机和胶体磨等（见粉磨机械）。
   辊式混合机  这种混合机由加料装置斗、集料斗、辊子和刮刀等组成。辊子旋转产生磨擦力，使待混高粘度或膏状物在挤压、研磨下混合。所用的辊子有单辊、双辊、三辊和多辊4种,但常用的混合机为双辊式和三辊式（图8[双辊式混合机]）。

有的辊子做成空心的,以适应混合时通入加热载体或冷却剂的需要。这种混合机多用于塑料、油漆、颜料、油墨和橡胶等生产中。
   双臂捏合机  这种捏合机由上口为长方形、端断面呈W形的槽和内装的两把搅拌刀组成(图9[双臂捏合机])。

两把转速不同的搅拌刀所产生强剪切作用，使待混物料反复被捏合以进行混合。搅拌刀形状有多种,其中以Z形的使用最广。槽体可旋转90°以便卸料。这种捏合机常用于糕点、塑料和铅笔芯等生产中混合原料。
   螺带式混合机  这种混合机由上口为长方形、端断面呈 U形的槽和搅拌用的螺带等组成（图10[螺带式混合机]）。

螺带有单条、双条和三条之分。螺带的螺距和直径均有不同规格。螺带有的右旋，有的左旋，分别将待混物料推向不同的方向，造成紊乱运动，使待混物料充分混合。这种机械常用于糕点、牙膏和药膏的原料混合，以及建筑用水泥砂浆的混合。
   混合－挤出机  这种机器由圆筒容器和内装的螺杆等组成。螺杆的结构形式可根据加料、输送、挤压、捏合和混合的要求做成相应的独立分离元件。使用时按工艺要求将所需要的分离元件套在轴上组合成目的螺杆，也叫组合螺杆。螺杆加工成固定型式居多。待混物料经过挤压、捏合和混合分离元件的作用，混合均匀之后可挤压成所需要的形状（由模具和后续工序决定），例如将塑料加工成板、管等各种制品。
   热塑性物料混合机  这类机器用于热塑性物料（如橡胶和塑料）与添加剂混合。所使用的机械有密闭式炼胶（塑）机、双辊式炼胶机等（见橡胶机械）。
   粉状、粒状固体物料混合机械  这类机械大多为间歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的机械，如轮辗机等。
   带有混合管的立式螺杆混合机  这种混合机由容器，以及内装的立式螺杆和混合管等组成（图11[带有混合管的立式螺杆混合机]）。

螺杆旋转时将待混物料送入混合管。待混物料被向上推动时受到翻动而混合，然后由管上口排出，如此循环直至达到混合要求。这种机械适用于各种流动性好的粉状、粒状固体物料和粒度相差不大的物料。它的缺点是清扫不方便。
   行星运动式螺杆混合机  这种混合机由圆锥容器和内装的螺杆等组成(图12[行星运动式螺杆混合机])。

螺杆一方面自转,一方面绕锥体的中心公转,使待混物料翻动以达到混合。这种机械适用于流动性较好的粉状、粒状物料，但清扫很不方便。
   桨叶式混合机  这种混合机由卧式圆筒状容器和内装的旋转轴（轴上装有数对叶桨）等组成。旋转桨叶翻动、搅拌待混物料使之混合。这种机械多用于玻璃、造纸和树脂等生产中混合原料。
   回转圆筒式混合机  这种混合机由卧式圆筒状容器及其内壁上所装的导向板和纵向挡板等组成（图13[回转圆筒式混合机]）。

当圆筒回转时，物料被翻滚、掺和而混合。这种混合机可用于干粉状、粒状物料如药物的混合，也可用于湿料如混凝土原料的混合。
   多面体混合器  这种机器由多面体（正方形、矩形、双锥形和正八角形等）容器及其内壁上所装的导向板等组成（图14[多面体混合器]）。

当容器旋转时，待混物料被翻滚、掺和以达到混合。这种混合器多用于干粉状、粒状物如药粉的混合。
   V型混合器   这种机器由两节圆筒对焊而成的容器及其内装的强化混合元件组成（图15[V型混合器]）,

有单V型和多V型串联等型式。容器旋转时，待混物料在筒体顶角转向上时分成两股流动，随后顶角又转向下，物料又汇流入顶角，如此反复分割、合并以达到混合。

参考书目 丁绪淮等编著：《液体搅拌》，化学工业出版社，北京，1983　钟贤 何述曾